устройство для извлечения жидкости из скважин

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ ИЗ СКВАЖИН, включающее источник пульсирующего давления, размещенный на устье скважины, и установленный в насосно-компрессорных трубах погружной насос, содержащий корпус с размещенной в нем эластичной камерой, всасывающий и нагнетательный клапаны, отличающееся тем, что насос снабжен штоком, нижний конец которого жестко связан с тарелкой всасывающего клапана, установленного в нижней части корпуса под эластичной камерой, причем ее верхний и нижний края герметично закреплены на штоке, выполненном с продольным каналом, выход которого сообщен с полостью камеры, а вход подсоединен к источнику пульсирующего давления, при этом нагнетательный клапан установлен в корпусе насоса.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что эластичная камера снабжена охватывающей ее эластичной оболочкой, верхний конец которой закреплен на штоке, а нижний на корпусе насоса.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено пакером с приемным клапаном, а насос снабжен уплотнительными элементами, установленными между корпусом насоса и насосно-компрессорными трубами с нагнетательной стороны и между корпусом насоса и пакером с всасывающей стороны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть преимущественно использовано для извлечения жидкости, в том числе нефти или воды из глубоких скважин.

Известен гидро- или пневмоприводной диафрагменный насос одинарного действия [1] содержащий две полости приводную с эластичной кольцеобразной упругой камерой и насосную со всасывающим и нагнетательным клапанами; полости герметично разделены диафрагмой мембранного типа, жестко связанной с гибкой кольцевой пятой.

Недостатками указанного насоса являются:

недостаточная надежность работы отдельных элементов насоса, в особенности гибкой кольцевой тяги;

конструктивная сложность выполнения насоса в погружном (скважинном) исполнении;

необходимость по крайней мере в трех трубопроводах для подвода и отвода приводной среды и для отвода откачиваемой жидкости.

Наиболее близким к изобретению является скважинный бесштанговый насос [2] содержащий корпус, цилиндр с всасывающим клапаном, набор телескопических втулок и полый плунжер с нагнетательным клапаном, связанный с аккумулятором (упругим элементом) в виде эластичной камеры.

Недостатками упомянутого устройства являются недостаточно высокая эксплуатационная надежность, обусловленная сложностью конструкции, наличием большого числа трущихся поверхностей (плунжер, цилиндр, телескопические втулки), а также трудоемкость спуско-подъемных операций, вызванная необходимостью спуска и подъема насоса на насосно-компрессорных трубах.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства за счет упрощения конструкции и уменьшения числа трущихся поверхностей, а также упрощение и удешевление cпуcко-подъемных операций при замене погружного насосного оборудования за счет исключения необходимости спуска и подъема насоса на трубах.

Указанная задача решается тем, что устройство для извлечения жидкости из скважины содержит источник пульсирующего давления, размещенный на устье скважины, и установленный в насосно-компрессорных трубах погружной насос, включающий корпус с размещенной в нем эластичной камерой и всасывающий и нагнетательный клапаны, причем отличия предложенного устройства от известного заключаются в том, что насос снабжен штоком, нижний конец которого жестко связан с тарелкой всасывающего клапана, установленного в нижней части корпуса под эластичной камерой, причем ее верхний и нижний края герметично закреплены на штоке, выполненном с продольным каналом, выход которого сообщен с полостью камеры, а вход подсоединен к источнику пульсирующего давления, при этом нагнетательный клапан установлен в корпусе насоса, а также в том, что эластичная камера снабжена охватывающей ее эластичной оболочкой, верхний конец которой закреплен на штоке, а нижний на корпусе насоса.

Кроме того, отличием предложенного устройства является то, что оно снабжено пакером с приемным клапаном, а насос оборудован уплотнительными элементами, установленными между корпусом насоса и насосно-компрессорными трубами с нагнетательной стороны и между корпусом насоса и пакером с всасывающей стороны.

Для упрощения и удешевления спуско-подъемных операций при замене погружного насосного оборудования спуск насоса до его посадки на заранее спущенный пакер осуществляется силовой (рабочей) жидкостью (или воздухом) при подаче ее в насосно-компрессорные трубы, а подъем при переключении подачи силовой жидкости (воздуха) в кольцевое пространство обсадных труб, для чего погружной насос снабжен сверху и снизу патрубками с манжетными уплотнителями, причем верхнее уплотнение расположено над нагнетательным клапаном, а нижнее под всасывающим клапаном. Пакер оборудован приемным клапаном.

На фиг. 1 представлено устройство в момент нагнетания добываемой жидкости, продольное сечение; на фиг. 2 продольное сечение устройства в момент всасывания.

Устройство состоит из источника 1 пульсирующего давления (поршневого насоса, компрессора или другого типа гидро- или пневмопульсатора), погружного насоса 2 и пакера 3. Источник пульсирующего давления размещен на поверхности у устья скважины 4.

Насос 2 содержит корпус 5, шток 6, эластичную камеру (диафрагму) 7, оболочку 8, выполненную предпочтительно из эластичного материала, нагнетательный клапан 9, установленный в корпусе насоса, сальник 10, уплотнение 11, перфорированное днище 12 корпуса. Шток 6 имеет продольный канал с поперечными отверстиями а для поступления силовой жидкости в полость эластичной камеры 7.

Ниже отверстий а шток 6 заглушек и жестко связан с тарелкой 13. Концевой патрубок 14 насоса оборудован сверху седлом 15 и снизу уплотнением 16. Тарелка 13 и седло 15 образуют всасывающий клапан насоса.

Камера 7 и оболочка 8 выше выходных отверстий а герметично скреплены со штоком 6; ниже отверстий а камера 7 герметично скреплена также со штоком 6, а оболочка 8 с корпусом 5.

Пакер 3 помимо обычных элементов (манжеты, шлипсы, тормозные фонари и др.) оборудован приемным клапаном 17.

Насос 2 размещен в насосно-компрессорных трубах 18, спущенных в обсадную колонну 19 после установки в ней пакера.

Устройство работает следующим образом.

Пульсатор 1 создает в трубах 18 импульсы давления, воздействующие на шток 6 и через продольный канал и отверстия а на камеру 7.

При повышении давления (положительный импульс) шток 6 перемещается вниз до посадки тарелки 13 на седло 15; камера 7 увеличивается в объеме и расширяет оболочку 8. Тарелка 13 при этом смыкается с седлом 15 так, что всасывающий клапан оказывается закрытым; нагнетательный клапан 9 открывается и добываемая жидкость из внутренней полости корпуса 5 выталкивается в кольцевое пространство обсадной колонны 19.

При снижении давления (отрицательный импульс) камера 7 и оболочка 8 восстанавливаются до первоначальных размеров (сжимаются); при этом шток 6 с тарелкой 13 перемещаются вверх, открывая всасывающий клапан насоса; избыточным давлением жидкости в кольцевом пространстве колонны 19 нагнетательный клапан 9 закрывается и пластовая жидкость через приемный 17 и всасывающий клапаны поступает в насос (фиг. 2).

Непрерывная подача пульсатором импульсов давления обеспечивает циклическое изменение объема внутренней полости насоса и подачу добываемой жидкости на поверхность.

Спуск в обсадную колонну 19 и подъем из нее пакера 3 и насосно-компрессорных труб 18 осуществляется обычными механизмами по общепринятой технологии.

Спуск насоса 2 производится сбрасыванием его в скважину через лубрикатор и последующим заталкиванием в насосно-компрессорные трубы 18 до ввода концевого патрубка 14 с уплотнением 16 в пакер 3 избыточным давлением силовой жидкости (воздуха), подаваемой в трубы 18.

Подъем насоса 2 производится избыточным давлением после переключения подачи силовой жидкости в кольцевое пространство обсадных труб 19.

Уплотнение 11 обеспечивает герметизацию зазора между корпусом 5 насоса 2 и колонной насосно-компрессорных труб 18 как при спуско-подъемных операциях, так и при работе насоса 2 от действующих в скважине перепадов давления.

Уплотнение 16 герметизирует зазор между патрубком 14 и пакером 3 от перепада давлений в над- и подпакерной зонах обсадной колонны 19 в процессе эксплуатации скважины, т.е. как при работе насоса 2, так и при вынужденных его остановках (отключение электроэнергии, ремонт наземного оборудования и пр.).

Приемный клапан 17 предохраняет призабойную зону скважины от попадания в нее жидкости из обсадной колонны 19 на различных стадиях эксплуатации скважины, в том числе при ее ремонте и освоении.