устройство для подъема жидкости погружным электронасосом по обсадной колонне скважины

Формула изобретения

1. Устройство для подъема жидкости погружным электронасосом по обсадной колонне скважины, содержащее полый цилиндрический корпус с верхним и нижним выступами, свободно установленную между выступами корпуса составную муфту с верхним цилиндрическим и нижним коническим участками, эластичную манжету, разжимаемую давлением нагнетаемой жидкости, и опорно-стопорное приспособление, включающее зубчатые шлипсы, отличающееся тем, что опорно-стопорное приспособление дополнительно содержит расположенный между нижним выступом корпуса и муфтой патрубок, установленную на его верхнем торце шайбу и кольцо с жестко укрепленными на его внутренней поверхности пластинчатыми пружинами, при этом на цилиндрическом корпусе выполнены перепускные каналы, на верхнем цилиндрическом участке муфты - радиальные прорези, зубчатые шлипсы посредством пазовых соединений закреплены на коническом участке муфты и шарнирно соединены тягами с кольцом, патрубок с шайбой подпружинен относительно муфты, на цилиндрическом корпусе выполнены пазы, а на патрубке - вертикальные прорези для размещения в них пластинчатых пружин, причем шайба имеет возможность взаимодействия с нижним торцом муфты, а последняя зафиксирована от проворота относительно цилиндрического корпуса и имеет торцевое уплотнение относительно верхнего выступа корпуса, эластичная манжета закреплена на муфте, а верхний цилиндрический и нижний конический участки последней жестко соединены между собой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что опорно-стопорное приспособление содержит по крайней мере три зубчатых шлипса, а каждое из пазовых соединений конического участка муфты с зубчатыми шлипсами выполнено в виде ласточкина хвоста, при этом зубья шлипсов имеют одностороннюю нарезку.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности нижнего конического участка муфты выполнена расточка для размещения пружины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области эксплуатации скважин и может быть использовано для обеспечения откачки жидкости, нагнетаемой погружным электронасосом по обсадной колонне скважины, например, при беструбной эксплуатации водяных скважин и скважин подземного выщелачивания, а также в других подобных случаях.

Известно устройство для подъема жидкости погружным электронасосом по обсадной колонне скважины, содержащее полый цилиндрический корпус с верхним и нижним выступами, свободно установленную между выступами корпуса составную муфту с верхним цилиндрическим и нижним коническим участками, эластичную манжету, разжимаемую давлением нагнетаемой жидкости, и опорно-стопорное приспособление, включающее зубчатые шлипсы ( RU 2068074 C1).

К недостаткам известного устройства следует отнести:

- невозможность использования пакера для беструбной эксплуатации скважины, так как он работает только при наличии на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ);

- невысокая надежность пакера из-за наличия в устройстве срезных штифтов;

- возможно только одноразовое использование пакера, так как требуется замена срезных штифтов и обратного клапана.

Целью настоящего изобретения является расширение области применения за счет обеспечения подъема жидкости без использования насосных труб, а также повышение эксплуатационной надежности и упрощение эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для подъема жидкости погружным электронасосом по обсадной колонне скважины, содержащем полый цилиндрический корпус с верхним и нижним выступами, свободно установленную между выступами корпуса составную муфту с верхним цилиндрическим и нижним коническим участками, эластичную манжету, разжимаемую давлением нагнетаемой жидкости, и опорно-стопорное приспособление, включающее зубчатые шлипсы, опорно-стопорное приспособление дополнительно содержит расположенный между нижним выступом корпуса и муфтой патрубок, установленную на его верхнем торце шайбу и кольцо с жестко укрепленными на его внутренней поверхности пластинчатыми пружинами, при этом на цилиндрическом корпусе выполнены перепускные каналы, на верхнем цилиндрическом участке муфты - радиальные прорези, зубчатые шлипсы посредством пазовых соединений закреплены на коническом участке муфты и шарнирно соединены тягами с кольцом, патрубок с шайбой подпружинен относительно муфты, на цилиндрическом корпусе выполнены пазы, а на патрубке - вертикальные прорези для размещения в них пластинчатых пружин, причем шайба имеет возможность взаимодействия с нижним торцом муфты, а последняя зафиксирована от проворота относительно цилиндрического корпуса и имеет торцевое уплотнение относительно верхнего выступа корпуса, эластичная манжета закреплена на муфте, а верхний цилиндрический и нижний конический участки последней жестко соединены между собой.

При этом опорно-стопорное приспособление включает по крайней мере три зубчатых шлипса, а каждое из пазовых соединений конического участка муфты с зубчатыми шлипсами выполнено в виде "ласточкиного хвоста", причем зубья шлипсов имеют одностороннюю нарезку.

Кроме того, на внутренней поверхности конического участка муфты выполнена расточка для размещения пружины.

Проведенные испытания опытной конструкции заявленного устройства показали его высокую эксплуатационную надежность и промышленную применимость.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид устройства.

Устройство содержит полый цилиндрический корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 выступами и с перепускными каналами 4 на его наружной поверхности для перетока жидкости, свободно установленную между выступами корпуса муфту, которая выполнена составной и включает жестко соединенные между собой болтами 5 верхний цилиндрический 6 и нижний конический 7 участки. Муфта имеет торцевое уплотнение 8 относительно верхнего выступа 2 корпуса 1 и на ней закреплен штифт 9, расположенный в одном из каналов 4, что исключает ее проворот относительно корпуса 1. На верхнем цилиндрическом участке 6 муфты выполнены радиальные прорези 10 для слива жидкости. На муфте также закреплена эластичная манжета 11, разжимаемая давлением нагнетаемой жидкости. Опорно-стопорное приспособление устройства содержит по крайней мере три шлипса 12 с зубчатой односторонней нарезкой, которые равномерно размещены посредством пазовых соединений 13, каждое из которых выполнено в виде "ласточкиного хвоста", на нижнем коническом участке 7 муфты. Между нижним выступом 3 корпуса 1 и муфтой установлен проставок в виде патрубка 14 с вертикальными прорезями 15, на его верхнем торце размещена шайба 16, на которую опирается цилиндрическая пружина 17, причем ее верхней участок расположен в расточке 18, выполненной на внутренней поверхности нижнего конического участка 7 муфты. Ход пружины 17 позволяет взаимодействовать шайбе 16 с торцом нижнего конического участка 7 муфты. Опорно-стопорное приспособление включает также кольцо 19 с жестко укрепленными на его внутренней поверхности пластинчатыми пружинами 20. Последние размещены в прорезях 15 патрубка 14 и в пазах 21, выполненных на корпусе 1. Зубчатые шлипсы 12 шарнирно соединены тягами 22 с кольцом 19. Пластинчатые пружины 20 обеспечивают шлипсам 12 установленное им положение в пазах 21 при спуске, стопорении и подъеме устройства в обсадной колонне 23 скважины, т. е. в необходимом диаметральном габарите, исключая самопроизвольное стопорение устройства при спуске или подъеме по обсадной колонне 23 скважины. Электрокабель 24 от электронасоса 25 проходит через уплотнение 26, внутреннюю полость корпуса 1 и окно 27. В верхней части корпуса 1 имеется штырь 28 для захвата, спуска и отсоединения устройства со спуско-подъемным инструментом, например, штангами или трубами. Наличие обратного клапана 29 в электронасосе 25 в сочетании с манжетой 11, торцевым уплотнением 8 и уплотнением 26 электрокабеля 24 исключает произвольный слив столба жидкости из нагнетательной части колонны 23 скважины.

Устройство работает следующим образом.

Спуск, установка и подъем устройства, соединенного с электронасосом 25, в скважине производится при помощи спуско-подъемного инструмента и освобождающегося захвата, которое должно быть соединено со штырем 28.

При спуске устройства по колонне 23 жидкость свободно перетекает через электронасос 25, обратный клапан 29 и внутреннюю полость корпуса 1. Эластичная манжета 11 и муфта поджаты пружиной 17 в верхнее положение до упора в верхний выступ 2 корпуса 1. Зубчатые шлипсы 12 находятся внизу конического участка 7 муфты, ограничены от выпадения тягами 22 и зафиксированы в этом положении пластинчатыми пружинами 20.

После спуска устройства с насосом на заданную глубину производится кратковременный пробный запуск электронасоса 25 в работу для стопорения устройства в колонне 23. При этом жидкость из электронасоса 25 через внутреннюю полость корпуса 1 поступает в зону, расположенную над манжетой 11, и под действием на последнюю веса столба жидкости манжета 11 вместе с муфтой, преодолевая усилие пружины 17 и силы трения манжеты 11 по колонне 23 и шлипсов 12 в пазах 13, перемещаются вниз на ход стопорения. При этом шлипсы 12, перемещаясь по пазам 13, своими зубьями сцепляются со стенками обсадной колонны 23, а усилия пластинчатых пружин 20, зафиксированных в пазах 21, через тяги 22 обеспечивают заданное положение шлипсов 12 в пазах 13 конического участка 7 муфты при перемещении последней вниз и таким образом происходит надежное стопорение устройства в обсадной колонне 23. Для исключения перетока жидкости по каналам 4 после стопорения корпус 1 приспускается инструментом до посадки его верхнего выступа 2 на торцевое уплотнение 8. Стабильность уровня жидкости в колонне 23 при отключении электронасоса 25 и передача веса жидкости вместе с весом погружного оборудования, электронасоса 25 и всего устройства в целом на зубчатые шлипсы 12 гарантирует надежную работу устройства.

Затем известным способом освобождается инструмент и захватывающее устройство от соединения со штырем 28 и производится их подъем из скважины. После обвязки устья скважины и подключения токоподводящего кабеля к автоматической станции управления электронасос 25 включается на постоянную эксплуатацию.

Для подъема устройства с электронасосом 25 необходимо в обратной последовательности спуску произвести спуск инструмента с захватывающим устройством и соединение их со штырем 28, после этого инструментом производится натяжение для перепуска жидкости из нагнетательной зоны скважины в зону всасывания. Слив жидкости происходит через перепускные каналы 4 корпуса 1 и радиальные прорези 10 до статического уровня. Затем дополнительным натяжением инструмента необходимо произвести расшлипсовку (освобождение от стопорения) устройства в колонне 23. При этом от натяжения инструментом патрубок 14 через шайбу 16 сжимает пружину 17, шайба 16 упирается в нижний торец муфты, что обеспечивает перемещение последней вверх, а шлипсы 12, удерживаемые тягами 22 и пластинчатыми пружинами 20, перемещаются по пазам 13 "ласточкиного хвоста" в нижнюю часть конического участка 7 муфты, выходя таким образом из зацепления со стенкой колонны 23, т.е. происходит расшлипсовка устройства. При дальнейшем подъеме зубчатые шлипсы 12 находятся в наружном габарите конического участка 7 муфты, что исключает произвольное стопорение. Жидкость имеет возможность до выхода из статического уровня перетекать по каналам 4 корпуса 1 и прорези 10 в скважину, минуя электронасос 25. Далее при подъеме конический участок 7 муфты отжимается пружиной 17 до упора в выступ 2 корпуса 1, перекрывая каналы 4 и прорези 10, и система переходит в исходное положение.

В случае значительного аварийного выброса песка в процессе эксплуатации надпакерная зона может быть освобождена от песка известным способом промывки.

Проведенные испытания конструкции заявленного устройства показали (по результатам проверки на надежность и долговечность опытной партии) высокую технико-экономическую эффективность в эксплуатации и промышленную применимость.