устройство для добычи нефти и обработки призабойной зоны скважины

Формула изобретения

Устройство для добычи нефти и обработки призабойной зоны скважины, содержащее заглушенный в нижней торцевой части цилиндрический корпус с соединительными и удлинительными элементами на концах и приемными отверстиями в его верхней части, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер, содержащий верхний и нижний нагнетательные клапаны с седлами и составляющий длину не меньше длины его хода, упор плунжера, определяющий его нижнее нерабочее положение, фильтр, расположенный на уровне приемных отверстий и установленный на соединительном элементе цилиндрического корпуса, отличающееся тем, что один из нагнетательных клапанов расположен под седлом и связан с колонной насосных штанг с возможностью возвратно-поступательного движения в пределах рабочего хода клапана, упор плунжера расположен так, что плунжер в нижнем нерабочем состоянии оказывается ниже уровня приемных отверстий цилиндрического корпуса, причем цилиндрический корпус снабжен отстойником, установленным в его нижней торцевой части.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для добычи нефти с одновременной обработкой призабойной зоны скважины.

Известно устройство для добычи нефти и обработки призабойной зоны скважины, содержащее цилиндрический корпус с приемными отверстиями в верхней его части и установленный в нем с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер с клапаном (см. Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. Москва, Недра, 1990, с. 66-67).

По совокупности общих признаков наиболее близким к предлагаемому объектом является устройство для добычи нефти и обработки призабойной зоны скважин (RU 2162932 С1), содержащее заглушенный в нижней торцевой части цилиндрический корпус с соединительными и удлинительными элементами на концах и приемными отверстиями в его верхней части, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер, содержащий верхний и нижний нагнетательные клапаны с седлами и составляющий длину не меньше длины его хода, упор плунжера, определяющий его нижнее нерабочее положение, фильтр, расположенный на уровне приемных отверстий и установленный на соединительном элементе цилиндрического корпуса.

К недостаткам указанного выше устройства относятся низкий коэффициент заполнения цилиндрического корпуса, особенно при откачке высоковязкой нефти и нефти с большим газовым фактором; зависание нагнетательного клапана и пропуск через него жидкости при залипании клапана в направляющих поверхностях с отложениями на последних асфальто-битумных материалов; резкое понижение коэффициента заполнения цилиндрического корпуса насоса, установленного на сильно наклонных участках скважины.

Техническая задача изобретения заключается в повышении подачи насоса без увеличения погружения под динамический уровень, устранении недостатков работы серийных клапанов, проявляющихся при ремонте эксплуатационных скважин, в увеличении подачи насоса в наклонно-направленных скважинах.

Поставленная техническая задача решается устройством для добычи нефти и обработки призабойной зоны скважины, содержащим заглушенный в нижней торцевой части цилиндрический корпус с соединительными и удлинительными элементами на концах и приемными отверстиями в его верхней части, установленный в цилиндрическом корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер, содержащий верхний и нижний нагнетательные клапаны с седлами и составляющий длину не меньше длины его хода, упор плунжера, определяющий его нижнее нерабочее положение, фильтр, расположенный на уровне приемных отверстий и установленный на соединительном элементе цилиндрического корпуса, согласно изобретению один из нагнетательных клапанов расположен под седлом и связан с колонной насосных штанг с возможностью возвратно-поступательного движения в пределах рабочего хода клапана, упор плунжера расположен так, что плунжер в нижнем нерабочем состоянии оказывается ниже уровня приемных отверстий цилиндрического корпуса, причем цилиндрический корпус снабжен отстойником, установленным в его нижней торцевой части.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства для добычи нефти и обработки призабойной зоны скважины; на фиг.2 - разрез по линии А-А на фиг.1.

Устройство (фиг.1) включает цилиндрический корпус 1 с приемными отверстиями 2 в его верхней части, а нижняя торцевая часть заглушена глухим отстойником 3 для сбора тяжелых твердых включений. Цилиндрический корпус 1 снабжен соединительным элементом, муфтой 4, к которой присоединены с одной стороны удлинитель 5 цилиндрического корпуса 1 и с другой - фильтр 6, расположенный на уровне приемных отверстий 2. Внутри цилиндрического корпуса 1 с возможностью возвратно-поступательного движения установлен плунжер 7 с верхним 8 и нижним 9 нагнетательными клапанами и длиной не меньше длины его хода. На фиг. 1 изображен вариант плунжера 7, укомплектованного нижним стандартным нагнетательным клапаном 9 с его седлом 10, корпусом клапана 11 и держателем 12 седла клапана.

Верхний конец плунжера 7 соединен с полым удлинителем 13, в верхней части которого расположен верхний нагнетательный клапан 8 с седлом 14, держателем 15 седла клапана. Нагнетательный клапан 8 установлен под его седлом 14 на соединенном с колонной насосных штанг (не указана) штоке 16 с направляющим буртиком 17 с проходными каналами 18 (фиг.2) посредством гайки 19, завернутой на уплотнительной ленте ФУМ (фторопластовый уплотнительный элемент) - не указана, прокладке 20 и шплинте 21.

Удлинитель 5 цилиндрического корпуса 1 служит направляющей для верхней части держателя 15 седла 14, связанного с плунжером 7 через удлинитель 13.

Ход верхнего нагнетательного клапана 8 определяется расстоянием между опорной поверхностью держателя 15 седла 14 и буртиком 17 (фиг. 1, 2), причем ход клапана должен быть меньше расстояния "а", заключенного между нижним торцом штока 16 и входным отверстием удлинителя 13, что обеспечивает проход добываемой жидкости.

В муфте 4 предусмотрен упор 22 плунжера, на который (упор) в нерабочем опущенном состоянии или при обрыве колонны насосных штанг садится удлинитель 13 вместе с плунжером 7, что соответствует нижнему нерабочему положению плунжера 7. При этом плунжер 7 должен оказаться ниже приемных отверстий 2, что обеспечивает прямую промывку подвески труб, слив жидкости из колонны насосно-компрессорных труб в процессе их подъема через кольцевое пространство 23, каналы 24, отверстия 25 и каналы 18.

Устройство работает следующим образом.

При ходе колонны насосных штанг и соединенного с ним штока 16 вниз сначала приоткрывается верхний нагнетательный клапан 8, отойдя от седла 14 на величину хода клапана, а потом открывается нижний нагнетательный клапан 9. При этом плунжер 7, двигаясь вниз, одновременно закрывает приемные отверстия 2 цилиндрического корпуса 1. Находящаяся в цилиндрическом корпусе 1 жидкость перетекает через плунжер 7 и клапаны 9, 8 в надплунжерное пространство.

При ходе штока 16 вверх в первую очередь закрывается верхний нагнетательный клапан 8, смещаясь на величину хода клапана, а потом шток 16 потянет за собой плунжер 7 вместе с нижним нагнетательным клапаном 9, что приводит к его закрытию. Отверстия 2 перекрыты плунжером 7, поступления нефти из скважины под плунжер не происходит. В цилиндрическом корпусе 1 под плунжером 7 с нагнетательным клапаном 9 создается разрежение тем больше, чем дальше отходит плунжер 7 вверх. К моменту подхода нижнего конца плунжера к приемным отверстиям 2 происходит максимальное разрежение в подплунжерном пространстве цилиндрического корпуса 1. При открытии отверстий 2 нефть устремляется из призабойной зоны (не указана) скважины в цилиндрический корпус 1, проходя через установленный на нем фильтр 6. Создается импульсное разрежение, а затем импульсное давление, которое вновь сменяется разрежением и т.д., что характеризует работу устройства. Закон изменения давления имеет затухающий характер. Импульсы давления вызывают резкий приток нефти из забоя, образования трещин в горных породах и очистку от загрязнений призабойной зоны.

Приведенный вариант исполнения устройства с верхним управляемым и нижним стандартным нагнетательными клапанами имеет преимущества в том, что конструкция клапана по проходному сечению, по прочностным характеристикам (штока 16, крепежного элемента - гайки 19) получается в пределах норм, т.к. клапан 8 расположен над плунжером 7 в удлинителе 5, у которого внутренний диаметр в несколько раз больше, чем у плунжера. А что касается наличия второго нижнего нагнетательного клапана в обычном его исполнении, то он способствует повышению (поддержанию) производительности насоса, отсекая в процессе работы вредное пространство, образовавшееся в плунжере между нагнетательными клапанами 8, 9.

При исполнении устройства с нижним управляемым клапаном возможность установки второго верхнего нагнетательного клапана исключается, т.к. его место расположения занято приводным штоком. Такой простой насос и работал бы хорошо, но конструктивная проработка показала, что этот вариант нереален: во-первых, уменьшается критическое сечение седла 10, которое (сечение) частично занимается приводным штоком; во-вторых, сам приводной шток и крепежный элемент - гайка получаются слабыми из-за ограниченности в рабочих размерах. Такое ослабление несущих элементов в конструкции насоса, работающего в импульсном режиме с большими нагрузками, недопустимо до тех пор, пока не найдется материал для этих элементов с сверхвысокими прочностными характеристиками.

Устройство позволяет улучшить эффект обработки призабойной зоны скважины, повысить его производительность без увеличения погружения под динамический уровень, особенно, в наклонно-направленных скважинах, устранить недостатки работы серийных клапанов, проявляющихся при ремонте эксплуатационных скважин.