забойный насос

Формула изобретения

1. Забойный насос, включающий цилиндр насоса, образующий насосную камеру, имеющую первый конец и второй конец, первый проточный клапан, расположенный у вышеупомянутого первого конца вышеупомянутой насосной камеры, при этом вышеупомянутый проточный клапан предназначен для выпуска потока жидкости из вышеупомянутого первого конца вышеупомянутой насосной камеры, второй проточный клапан, расположенный у вышеупомянутого второго конца вышеупомянутой насосной камеры, при этом вышеупомянутый второй проточный клапан предназначен для выпуска потока жидкости из вышеупомянутого второго конца вышеупомянутой насосной камеры, и плунжер, подвижно расположенный в вышеупомянутой насосной камере и имеющий первый и второй концы, обращенные, соответственно, к первому и второму концам вышеупомянутой насосной камеры, при этом вышеупомянутая насосная камера имеет вход, приспособленный для жидкостного сообщения с рабочей зоной, и при этом вышеупомянутый плунжер подвижен в вышеупомянутой насосной камере, по крайней мере, между первой позицией и второй позицией, при этом вышеупомянутый второй конец вышеупомянутого плунжера расположен на первом конце вышеупомянутого входа, когда вышеупомянутый плунжер находится в первой позиции, таким образом, чтобы вход имел жидкостное сообщение с вышеупомянутым вторым концом вышеупомянутой насосной камеры, и при этом вышеупомянутый первый конец вышеупомянутого плунжера расположен на втором конце вышеупомянутого входа, когда вышеупомянутый плунжер находится во второй вышеупомянутой позиции, таким образом, чтобы вышеупомянутый вход имел жидкостное сообщение с вышеупомянутым первым концом вышеупомянутой насосной камеры.

2. Забойный насос по п.1, включающий, кроме того, эксплуатационную насосно-компрессорную колонну, окружающую вышеупомянутый насосный цилиндр и имеющую сообщение потоком жидкости с вышеупомянутым первым и вторым концами вышеупомянутой насосной камеры.

3. Забойный насос по п.2, где вышеупомянутая эксплуатационная насосно-компрессорная колонна включает нижнюю часть, сообщающуюся с вышеупомянутым вторым концом вышеупомянутой насосной камеры, верхнюю часть, сообщающуюся с вышеупомянутым первым концом вышеупомянутой насосной камеры, и жидкостной канал, связывающий посредством потока жидкости вышеупомянутые нижнюю и верхнюю части вышеупомянутой эксплуатационной насосно-компрессорной колонны.

4. Забойный насос по п.3, включающий входной элемент, имеющий внутреннюю камеру, образующую, по крайней мере, частично вышеупомянутую насосную камеру и по крайней мере, частично один жидкостной трубопровод, изолированный от вышеупомянутой внутренней камеры и образующий, по крайней мере, частично жидкостной канал вышеупомянутой эксплуатационной насосно-компрессорной колонны, при этом вышеупомянутый входной элемент образует вышеупомянутый вход вышеупомянутой насосной камеры, и при этом вышеупомянутый вход изолирован от вышеупомянутого жидкостного трубопровода.

5. Забойный насос по п.4, где вышеупомянутый насосный цилиндр включает первый элемент цилиндра, соединенный с первым концом вышеупомянутого входного элемента, и второй элемент цилиндра, соединенный со вторым концом вышеупомянутого входного элемента.

6. Забойный насос по п.5, где вышеупомянутая эксплуатационная насосно-компрессорная колонна включает первый элемент колонны, соединенный с первым концом вышеупомянутого входного элемента, и второй элемент колонны, соединенный со вторым концом вышеупомянутого входного элемента.

7. Забойный насос по п.1, где вышеупомянутая насосная камера имеет множество входов.

8. Забойный насос по п.1, включающий, кроме того, соединенные между собой и смещающие друг друга насосную штангу и вышеупомянутый плунжер.

9. Забойный насос, включающий насосный цилиндр, образующий насосную камеру, имеющую верхний конец и нижний конец, проточный клапан, расположенный на вышеупомянутом нижнем конце вышеупомянутой насосной камеры, при этом вышеупомянутый проточный клапан функционирует для выпуска вышеупомянутого потока жидкости из вышеупомянутого нижнего конца вышеупомянутой насосной камеры и сужения сечения потока жидкости, втекающего в вышеупомянутый нижний конец вышеупомянутой насосной камеры, плунжер, подвижно расположенный в вышеупомянутой насосной камере и имеющий конец, обращенный к вышеупомянутому нижнему концу вышеупомянутой насосной камеры, и эксплуатационная насосно-компрессорная колонна, окружающая вышеупомянутый насосный цилиндр и имеющая сообщение потоком жидкости с вышеупомянутым нижним концом вышеупомянутой насосной камеры, при этом вышеупомянутая насосная камера имеет вход, имеющий жидкостное сообщение с рабочей зоной, и при этом вышеупомянутый плунжер подвижен в вышеупомянутой насосной камере, по крайней мере, между первой позицией и второй позицией, при этом вышеупомянутый конец вышеупомянутого плунжера расположен выше вышеупомянутого входа, когда вышеупомянутый плунжер находится в вышеупомянутой первой позиции таким образом, что вход имеет жидкостное сообщение с вышеупомянутым нижним концом вышеупомянутой насосной камеры, и при этом вышеупомянутый конец вышеупомянутого плунжера расположен ниже вышеупомянутого входа, когда вышеупомянутый плунжер находится в вышеупомянутой второй позиции, и при этом вышеупомянутый плунжер продавливает жидкость через вышеупомянутый проточный клапан, расположенный на вышеупомянутом нижнем конце вышеупомянутой насосной камеры, поскольку вышеупомянутый плунжер движется из вышеупомянутой первой позиции в вышеупомянутую вторую позицию.

10. Входной элемент для использования в забойном насосе, включающий корпус, имеющий внешнюю боковую поверхность, первый конец, второй конец, внутренний насосный канал, образованный внутри, и посредством которого осуществляется жидкостное сообщение между вышеупомянутыми первым и вторым концами, по крайней мере, один жидкостной канал, образованный между вышеупомянутыми первым и вторым концами, и, по крайней мере, один входной канал, связывающий внешнюю поверхность вышеупомянутого корпуса и вышеупомянутый внутренний насосный канал, при этом, по крайней мере, один вышеупомянутый жидкостной канал изолирован потоком жидкости от вышеупомянутого внутреннего насосного канала и от вышеупомянутого входного канала.

11. Входной элемент по п.10, где вышеупомянутый корпус включает множество каналов с потоками жидкости.

12. Входной элемент по п.11, где вышеупомянутый корпус имеет цилиндрическую форму, вышеупомянутый внутренний насосный канал тянется вдоль центральной продольной оси вышеупомянутого корпуса и, по крайней мере, один канал с потоком жидкости включает множество каналов с потоками жидкости, расположенных по окружности вокруг вышеупомянутого внутреннего насосного канала.

13. Входной элемент для использования в забойном насосе, включающий корпус, имеющий внешнюю боковую поверхность, первый конец, второй конец, внутренний насосный канал, образованный между вышеупомянутыми первым и вторым концами, по крайней мере, один жидкостной канал, образованный между вышеупомянутыми первым и вторым концами, и, по крайней мере, один входной канал, связывающий внешнюю поверхность вышеупомянутого корпуса с вышеупомянутым внутренним насосным каналом, при этом вышеупомянутый, по крайней мере, один жидкостной канал отделен потоком жидкости от вышеупомянутого внутреннего насосного канала и вышеупомянутого входного канала, при этом вышеупомянутый корпус имеет цилиндрическую форму, и при этом вышеупомянутый внутренний насосный канал тянется вдоль центральной продольной оси вышеупомянутого корпуса, и при этом, по крайней мере, один канал с потоком жидкости включает множество каналов с потоками жидкости, расположенных по окружности вокруг вышеупомянутого внутреннего насосного канала, и при этом, по крайней мере, один входной канал включает множество входных каналов, сообщающихся с вышеупомянутым внутренним насосным каналом, при этом вышеупомянутое множество вышеупомянутых входных каналов расположено последовательно среди вышеупомянутого множества вышеупомянутых каналов с потоками жидкости.

14. Входной элемент по п.10, где, по крайней мере, один вышеупомянутый входной канал включает множество входных каналов.

15. Входной элемент по п.10, где вышеупомянутый корпус имеет центральную кольцевую часть, при этом, по крайней мере, один вышеупомянутый вход сформирован в вышеупомянутой центральной кольцевой части, и при этом вышеупомянутые первый и второй концы вышеупомянутого корпуса - цилиндрические и имеют внутреннюю и внешнюю резьбу.

16. Способ откачивания жидкости из рабочей зоны, расположенной под поверхностью земли, включает размещение забойного насоса в земле, при этом вышеупомянутый забойный насос включает насосный цилиндр, создающий насосную камеру, имеющую первый конец и второй конец и вход с жидкостным сообщением с рабочей зоной; первый проточный клапан, расположенный в вышеупомянутом первом конце вышеупомянутой насосной камеры, второй проточный клапан, расположенный во втором конце вышеупомянутой проточной камеры, и плунжер, перемещающийся в вышеупомянутом цилиндре в первом и втором направлениях и имеющий первый и второй концы, обращенные, соответственно, к первому и второму концам вышеупомянутой насосной камеры, размещение вышеупомянутого плунжера в первой позиции, при этом вышеупомянутый второй конец вышеупомянутого плунжера расположены на первом конце вышеупомянутого входа, впускание первой порции жидкости в вышеупомянутую насосную камеру из вышеупомянутого входа, перемещение вышеупомянутого плунжера в вышеупомянутом втором направлении и, таким образом, продавливание, по крайней мере, части вышеупомянутой первой порции жидкости из вышеупомянутой насосной камеры через вышеупомянутый второй проточный клапан, расположенный в вышеупомянутом втором конце вышеупомянутой насосной камеры, размещение вышеупомянутого плунжера во второй позиции, при этом вышеупомянутый первый конец вышеупомянутого плунжера расположен на втором конце входа, впускание второй порции жидкости в вышеупомянутую насосную камеру из вышеупомянутого входа и перемещение вышеупомянутого плунжера в вышеупомянутом первом направлении и, таким образом, продавливание, по крайней мере, части вышеупомянутой второй порции жидкости через вышеупомянутый первый проточный клапан, расположенный в вышеупомянутом первом конце вышеупомянутой насосной камеры.

17. Способ по п.16, включающий, кроме того, эксплуатационную насосно-компрессорную колонну, окружающую вышеупомянутый насосный цилиндр и имеющую жидкостное сообщение с вышеупомянутым первым и вторым концами вышеупомянутой насосной камеры.

18. Способ по п.17, где вышеупомянутая эксплуатационная насосно-компрессорная колонна включает нижнюю часть, сообщающуюся с вышеупомянутым вторым концом вышеупомянутой насосной камеры, верхнюю часть, сообщающуюся с вышеупомянутым первым концом вышеупомянутой насосной камеры, и жидкостной канал, связывающий посредством потока жидкости вышеупомянутые нижнюю и верхнюю части вышеупомянутой эксплуатационной насосно-компрессорной колонны, и при этом вышеупомянутое продавливание, по крайней мере, части первой порции жидкости из вышеупомянутой насосной камеры через вышеупомянутый второй проточный клапан, расположенный в вышеупомянутом втором конце вышеупомянутой насосной камеры, включает продавливание жидкости из вышеупомянутой нижней части вышеупомянутой эксплуатационной насосно-компрессорной колонны в вышеупомянутую верхнюю часть вышеупомянутой колонны.

19. Способ по п.18, где вышеупомянутый забойный насос включает входной элемент, имеющий внутреннюю камеру, образующую, по крайней мере, частично вышеупомянутую насосную камеру и, по крайней мере, один жидкостной трубопровод, изолированный от вышеупомянутой внутренней камеры и образующий, по крайней мере, частично, вышеупомянутый жидкостной канал вышеупомянутой эксплуатационной насосно-компрессорной колонны, при этом вышеупомянутый входной элемент образует вышеупомянутый вход в вышеупомянутую насосную камеру, и при этом вышеупомянутый вход изолирован, по крайней мере, от одного вышеупомянутого жидкостного трубопровода.

20. Способ по п.19, где вышеупомянутый насосный цилиндр включает первый элемент цилиндра, соединенный с первым концом вышеупомянутого входного элемента, и второй элемент цилиндра, соединенный со вторым концом вышеупомянутого входного элемента.

21. Способ по п.20, где вышеупомянутая эксплуатационная насосно-компрессорная колонна включает первый элемент колонны, соединенный с первым концом вышеупомянутого входного элемента, и второй элемент колонны, соединенный со вторым концом вышеупомянутого входного элемента.

22. Способ по п.16, где вышеупомянутая насосная камера имеет множество входов, имеющих жидкостное сообщение с рабочей зоной.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится, главным образом, к забойным насосам, и в одном из конкретных примеров осуществления - к забойному насосу с двойным ходом.

Обычно забойные насосы включают полый плунжер, скользящий вверх и вниз внутри отполированного цилиндра (барреля) насоса для подъема жидкостей, таких как нефть и вода, к поверхности.

Жидкость обычно продавливается через обратный клапан, расположенный у нижнего предела хода плунжера при ходе плунжера вниз. При ходе вверх, обратный клапан на плунжере закрыт, и плунжер поднимает жидкость вверх. В это же время большая часть жидкости протекает в камеру в цилиндре через обратный клапан, расположенный в дне цилиндра. При этой операции насос должен поднимать суммарный вес плунжера, колонну насосных штанг, прикрепленных к плунжеру, и нефти.

В других установках, показанных, например, в патенте США No. 5,314,025, выданном Прайстли, и в патенте США No. 6,368,084, выданном Скиллману, обратный клапан и плунжер скомпонованы таким образом, что жидкости откачиваются на ходе плунжера вниз. Однако такие насосы не откачивают никакие жидкости на ходе плунжера вверх, и они чувствительны к скоплению газов. Более того, в патентах Прайстли и Скиллмана раскрывается, что нефть прокачивается через плунжер вверх при его ходе вниз, что может снизить пропускную способность насоса. Вдобавок, Прайстли далее указывает, что между плунжером и/или колонной насосных штанг и корпусом насоса должны быть различные уплотнения.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В кратком изложении, в одном аспекте, один вариант конструкции забойного насоса включает цилиндр насоса, образующий насосную камеру, имеющую первый конец и второй конец, первый проточный клапан, размещенный у первого конца насосной камеры, второй проточный клапан, размещенный у второго конца насосной камеры, и плунжер, расположенный подвижно в насосной камере. Первый однопроточный клапан функционирует, чтобы позволить потоку жидкости выходить из насосной камеры. Плунжер имеет первый и второй концы, обращенные, соответственно, к первому и второму концам вышеупомянутой насосной камеры. Насосная камера имеет вход, имеющий жидкостное сообщение с рабочей зоной. Плунжер подвижен внутри насосной камеры, по крайней мере, между первой и второй позициями. Второй конец плунжера расположен на первой стенке входа, когда плунжер находится в первой позиции, так что вход имеет жидкостное сообщение с вторым концом насосной камеры. Первый конец плунжера расположен на второй стенке входа, когда плунжер находится во второй позиции, так что вход имеет жидкостное сообщение с первым концом насосной камеры.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения плунжер функционирует только в нижней части цилиндра. В этом варианте плунжер откачивает жидкость из насосной камеры в рабочую зону при ходе вниз.

В другом варианте входной элемент для использования в забойном насосе включает корпус, имеющий внешнюю боковую поверхность, первый конец, второй конец, внутренний насосный канал, сформированный между первым и вторым концами, по крайней мере, один жидкостный канал, образованный между первым и вторым концами, и, по крайней мере, один входной канал, связывающий внешнюю боковую поверхность корпуса с внутренним насосным каналом. По крайней мере, один жидкостный канал отделен потоком жидкости от внутреннего насосного канала и входного канала.

В еще одном варианте метод откачивания жидкости из рабочей зоны, расположенной ниже поверхности земли, включает размещение плунжера в первой позиции, где второй конец плунжера расположен на первой стенке входа, позволяя первой порции жидкости втекать в насосную камеру из входа. Метод, кроме того, включает перемещение плунжера во втором направлении, и, таким образом, продавливается, по крайней мере, часть первой порции жидкости из насосной камеры через второй проточный клапан, расположенный у второго конца насосной камеры. Метод также включает размещение плунжера во второй позиции, где первый конец плунжера расположен на второй стенке входа, позволяя второй порции жидкости втекать в насосную камеру из входа. Кроме того, метод включает перемещение плунжера во втором направлении, и, таким образом, продавливается, по крайней мере, вторая порция жидкости через первый проточный клапан, расположенный на первом конце насосной камеры.

Различные аспекты и варианты осуществления изобретения обеспечивают значительные успехи в других насосных системах. Например, веса колонны насосных штанг и плунжера достаточно, чтобы откачивать жидкости во время хода вниз. В добавление к этому, ход вниз способствует очистке от любого песка или пустой породы, которые попали в насосную камеру цилиндра вымыванием оттуда, предотвращая, таким образом, нежелательный износ цилиндра. Более того, в одном варианте осуществления изобретения насос с двумя рабочими ходами откачивает жидкость, как на ходе вниз, так и на ходе вверх, повышая, таким образом, пропускную способность насоса. В добавление к этому, конфигурация насоса исключает скопление газов. Более того, отпала необходимость в различных уплотнениях между плунжером/колонной насосных штанг и цилиндром. Наконец, если разработка буровой скважины снижается, насосный механизм на поверхности может быть установлен заново для использования только нижней части цилиндра, которая наиболее работоспособна.

Предшествующие абзацы приведены в качестве общего введения и не предназначены для ограничения объема последующих пунктов формулы изобретения. Представленные предпочтительные варианты осуществления изобретения, вместе с дальнейшими преимуществами, будут лучше поняты при ссылке на нижеследующее подробное описание, сопровождающееся соответствующими чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ПРОЕКЦИЙ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 - поперечное сечение вида сбоку забойного насоса с плунжером, находящимся в первой позиции вблизи верхней границы хода.

Фигура 2 - поперечное сечение вида сбоку забойного насоса во время хода плунжера вниз.

Фигура 3 - поперечное сечение вида сбоку забойного насоса с плунжером, находящимся во второй позиции вблизи нижней границы хода.

Фигура 4 - поперечное сечение вида сбоку забойного насоса во время хода плунжера вверх.

Фигура 5 - перспектива входного элемента.

Фигура 6 - вид с конца входного элемента.

Фигура 7 - поперечное сечение входного элемента вдоль линии 7-7 Фигуры 6.

Фигура 8 - поперечное сечение альтернативного варианта осуществления забойного насоса во время хода плунжера вниз.

Фигура 9 - поперечное сечение забойного насоса, показанного на Фигуре 8 с плунжером, находящимся вблизи нижней границы хода.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДСТАВЛЕННЫХ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1-4 изображен комплект 2 забойного насоса, расположенный ниже поверхности 4 земли и имеющий жидкостное сообщение с рабочей зоной 6 жидкости 30. Термин "жидкость" следует толковать широко в значении любой жидкости, включая нефть или воду. Комплект забойного насоса включает эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 8 и насос 10, расположенные внутри эксплуатационной колонны. Насос 10 включает цилиндр 12, образующий насосную камеру 14, и плунжер 16, расположенный подвижно в насосной камере 14. Как цилиндр 12, так и насосная камера 14 имеют первый и второй концы - 18, 20, 22, 24 с первым проточным клапаном 26, соединенным с первым концом 18 цилиндра, находящимся около первого конца 22 насосной камеры, и со вторым проточным клапаном 28, соединенным со вторым концом 20 цилиндра, находящимся около второго конца 24 насосной камеры.

Первый и второй проточные клапаны 26, 28, показанные как обратные клапаны, скомпонованы таким образом, чтобы позволить вытекание однонаправленного потока жидкости 30 из первого и второго концов 22 и 24 соответственно насосной камеры. Первый проточный клапан 26 предпочтительно включает в себя седло клапана 34 и клапанный элемент 32, подвижный относительно него. Второй проточный клапан 28 предпочтительно включает в себя клапанное седло 38 и клапанный элемент 36, подвижный относительно него. Второй проточный клапан предпочтительно включает в себя пружину 40, клапанный элемент 36, смещенный относительно клапанного седла 38, для поддержания клапана в закрытом положении, опираясь на силу тяжести. Клапанный элемент 32 первого проточного клапана 26 прижат, как правило, к клапанному седлу 34 под действием силы тяжести, несмотря на то что для его закрепления может быть использована пружина. Хотя первый и второй концы изображены соответственно как "верхний" и "нижний" концы, следует понимать, что они могут быть скомпонованы в другой конфигурации относительно друг друга, вне рамок этого положения. Таким образом, термины "первый" и "второй" не ограничиваются понятиями "верхний" и "нижний", соответственно, а могут означать ориентацию и в других направлениях.

Плунжер 16 имеет первый и второй концы 42 и 44, обращенные соответственно к первому и второму 22 и 24 концам насосной камеры 14. Колонна насосных штанг 46 насоса соединяется с первым концом 42 плунжера. Следует понимать, что колонна насосных штанг частично (или целиком) может быть сформирована из плунжера или что плунжер и колонна могут быть изготовлены как отдельные детали и соединены различными стандартными и известными устройствами.

Цилиндр 12 частично образован первым, верхним элементом 48 цилиндра и вторым, нижним элементом 50 цилиндра, соединенными с первым и вторым концами 52 и 54 центрально расположенного входного элемента 56, показанного на Фиг.5-7. Предпочтительно элементы 48 и 50 цилиндра с помощью резьбы подогнаны к внутренней резьбе, сформированной в верхней и в нижней частях внутренней поверхности внутреннего канала 58, тянущегося вдоль центра входного элемента 56. Следует понимать, что элементы 48, 50 цилиндра могут быть прикреплены входному элементу 56 другими способами, например за счет силы тяжести, связующих материалов, силы трения или защелкивающих приспособлений и различных прижимных устройств, и этот перечень не ограничен.

Первый и второй проточные клапаны 26 и 28 предпочтительно прикреплены к первому и второму концам 18 и 20 цилиндра с помощью резьбового зацепления, хотя могут быть использованы другие закрепляющие устройства, как, например, уже описанные. Муфта 49, или верхняя часть цилиндра, прикреплена к верхнему концу клапана 26 или установочного патрубка для крепления глубинного насоса и тянется вверх из него. Должно быть понятно, что цилиндр 12 и насосная камера 14 включают, по крайней мере, частично, верхний 48 и нижний 50 элементы цилиндра, а также часть входного элемента 56, образующего внутренний коридор 58, который соединен с верхним и нижним элементами цилиндра.

Плунжер 16 скользит вверх и вниз внутри насосной камеры 14 и входит в тесный контакт с внутренней поверхностью элементов 48, 50 цилиндра и с внутренней поверхностью центральной кольцевой части 60 внутреннего элемента 56, который имеет внутренний диаметр почти такой же, что и внутренний диаметр элементов 48, 50 цилиндра. Двигатель, или другое стандартное приводное устройство (не показано), общеизвестное из уровня техники, предпочтительно расположенное на поверхности, колонна насосных штанг 46 и плунжер 16 взаимно перемещают друг друга в первом и втором направлениях, соответственно 64 и 66.

Обратившись снова к Фиг.5-7, можно увидеть, что входной элемент 56 предпочтительно изготовлен как цилиндрический элемент, имеющий много входных каналов 68, образованных в центральной кольцевой части 60, связывающих внешнюю боковую поверхность 70 входного элемента и центральный, внутренний канал 58, который задает, частично, параметры насосной камеры 14. Желательно, чтобы входные каналы 68 пересекали, главным образом, перпендикулярно продольную ось 72 насосной камеры, хотя они могли бы проходить под любым углом и иметь любой профиль. Внешняя поверхность 70 кольцевой части входного элемента имеет жидкостное сообщение с рабочей зоной 6 жидкости 30, как показано на Фиг.1-4.

Из Фиг.1-7 видно, что первый, верхний элемент 74 эксплуатационной насосно-компрессорной колонны закреплен на первом конце 52 входного элемента 56 и включает внутреннюю поверхность 78, отделенную от внешней поверхности 80 первого элемента цилиндра, образуя кольцевой канал 86 между ними. Второй, нижний элемент 76 эксплуатационной насосно-компрессорной колонны закреплен на втором конце 54 входного элемента и включает внутреннюю поверхность 82, отделенную от внешней поверхности 84 второго элемента цилиндра, образуя кольцевой канал 88 между ними. Нижний элемент 76 эксплуатационной насосно-компрессорной колонны имеет нижнюю стенку 77, которая блокирует эксплуатационную насосно-компрессорную колонну и отделяет ее внутреннее пространство от рабочей зоны. Центрально расположенный входной элемент 56, кроме того, частично создает пространство эксплуатационной насосно-компрессорной колонны и включает большое количество жидкостных каналов 90, которые сообщаются с жидкостными каналами 86 и 88, образованными эксплуатационной насосно-компрессорной колонной 8 и цилиндром 12. Предпочтительно жидкостные каналы 90 входного элемента 56 были направлены вдоль и изолированы жидким потоком от входных каналов 68 и внутреннего канала 58, который, частично, образует пространство насосной камеры 14. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения сумма площадей поперечного сечения входных каналов 68 больше, чем сумма площадей поперечного сечения жидкостных каналов 90 и площади поперечного сечения наименьшего диаметра внутреннего канала 58, хотя возможны и другие конфигурации и соотношения.

Предпочтительно множество жидкостных каналов 90 расположено по окружности вокруг центрального канала 58 и, кроме того, последовательно расположено в шахматном порядке среди множества входных каналов 68, как показано на Фиг.6. Конечно, должно быть понятно, что входной элемент 56 может быть образован как из одной, так и из обеих рабочих труб 48, 50, 74, 76 цилиндра, и все эти компоненты образуют, по крайней мере, частично, входной элемент. Также должно быть понятно, что входной элемент может быть скомпонован с одиночным входным каналом и/или с одиночным жидкостным каналом и что шесть входных жидкостных каналов являются примером осуществления изобретения. Под используемым здесь термином "множество" следует понимать два или более каналов.

Эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 8 имеет первую, верхнюю часть 92, имеющую жидкостное сообщение с первым концом 22 насосной камеры, и принимает жидкий поток, проходящий через первый проточный клапан 26. Эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 8 имеет также вторую, нижнюю часть 94, имеющую жидкостное сообщение со вторым концом 24 насосной камеры, и принимает жидкий поток, проходящий через второй проточный клапан 28. Жидкостный канал 88, 90, 86 связывает первую 92 и вторую 94 части. Вдобавок, выход 100 сообщается с первой частью 92. Жидкость 30 выводится из выхода 100 для хранения и транспортировки.

Из Фиг.1 видно, что забойный насос 10 показан вместе с плунжером 16 в исходном, первом, самом верхнем положении, со вторым концом 44 плунжера 16, расположенного на первом краю входа 68, чтобы жидкость 30 протекала из рабочей зоны 6 в нижнюю насосную камеру 96. В этом положении жидкость находится в подвижном состоянии. Нижняя насосная камера 96 находится между вторым концом 44 плунжера и вторым концом 24 насосной камеры. Следовательно, когда плунжер 16 находится в этом положении, вход 68 имеет жидкостное сообщение со вторым концом 24 насосной камеры и вторым проточным клапаном 28. В частности, плунжер 16 расположен между входами 68 и первым концом 22 насосной камеры, для того чтобы предотвратить протекание жидкости 30 в верхнюю насосную камеру 98 и в первый конец 22 насосной камеры и первый проточный клапан. Верхняя насосная камера 98 находится между первым концом 22 насосной камеры и первым концом 42 плунжера.

Как показано на Фиг.1, длина хода и положение плунжера 16 могут контролироваться у поверхности путем управления ходом колонны насосных штанг 46. Поэтому первый конец 42 плунжера может примыкать к верхнему концу 22 насосной камеры или может быть отделен от него снизу, находясь в верхнем положении у верхней точки хода, в зависимости от длины хода.

Из Фиг.2 видно, что колонна насосных штанг 46 и плунжер 16 перемещаются вниз 66 ко второму концу 24 насосной камеры. Поскольку плунжер 16 перемещается мимо и закрывает входы 68, его второй конец 44 продавливает порцию жидкости, накопленной в нижней насосной камере 96, через проточный клапан 28, расположенный у второго конца 24 насосной камеры. В течение этой фазы жидкость в рабочей зоне 6 находится в статичном состоянии. Во многих предпочтительных вариантах осуществления изобретения вес колонны насосных штанг 46 и плунжера 16, при их нахождении в первом положении, обладает достаточной потенциальной энергией для продавливания жидкости 30 через проточный клапан 28 в нижнюю часть 94 эксплуатационной насосно-компрессорной колонны и для последующего перемещения жидкости в жидкостной канал 86, 88, 90 вверх к верхней части 92 эксплуатационной колонны и, в конечном счете, ее вывода наружу через выход 100. Во время работы при ходе вниз также выдавливается весь песок и мусор, который попадает в насосную камеру 14 и, в частности, в нижнюю насосную камеру 96, - наружу, через второй проточный клапан 28. Это предотвращает нежелательный износ нижней половины цилиндра, который наиболее эффективен.

Из Фиг.3 видно, что плунжер 16 показан у крайней нижней точки хода, при этом первый конец 42 плунжера расположен на втором краю входов 68. Должно быть понятно, что ссылка на расположение плунжера на первом или втором конце входов просто означает, что, по крайней мере, часть входов 68 соединена с насосной камерой 14 и что нет необходимости в том, чтобы входы 68 были полностью свободны от плунжера 14 или чтобы плунжер 14 полностью бы находился только на одном конце входа. Например, расположение плунжера на втором конце входа означает, что, по крайней мере, часть входов 68 имеет жидкостное сообщение с насосной камерой выше первого конца 42 плунжера.

Когда первый конец 42 плунжера совмещен со вторым концом входов 68, жидкость 30 протекает из рабочей зоны 6 в верхнюю насосную камеру 98 через входы 68, которые, таким образом, имеют жидкостное сообщение с первым концом 22 насосной камеры и первым проточным клапаном 26. При этом соединении жидкость в рабочей зоне находится в динамичном состоянии. Плунжер 16 находится между входами 68 и вторым концом 24 насосной камеры для предотвращения протекания жидкости во второй конец насосной камеры и во второй проточный клапан 28, находящийся на ее втором конце. Как показано на Фиг.3, второй конец плунжера 44 может примыкать ко второму концу 24 насосной камеры или отходить от нее выше, находясь во втором положении у нижней точки хода, в зависимости от длины хода.

На Фиг.4 показано, что колонна насосных штанг 46 и плунжер 16 затем перемещаются вверх 64 к первому концу 22 насосной камеры. Поскольку плунжер 16 при перемещении закрывает входы 68, из условия, чтобы жидкость в рабочей зоне находилась в статичном состоянии, первый его конец 42 продавливает порцию жидкости, собранной в верхней насосной камере 98, через проточный клапан 26, расположенный на первом конце 22 насосной камеры, в верхнюю часть 92 эксплуатационной насосно-компрессорной колонны. Жидкость, выпущенная из первого проточного клапана 26, затем перемещается в верхнюю часть 92 эксплуатационной насосно-компрессорной трубы и выдавливается через выход 100. Обычно жидкость в нижней части насосно-компрессорной колонны во время этой стадии насосного цикла остается в статичном состоянии. Как правило, при ходе вверх производительность насоса не такая большая, как при ходе вниз, так как колонна насосных штанг 46 занимает часть объема в верхней насосной камере 98. Поскольку система забойного насоса прокачивает жидкость через оба конца насосной камеры, удается избежать появления в системе газовых пробок и эффективность ее работы значительно возрастает.

Поскольку плунжер движется вниз, как показано на Фиг.2 и 3, между концом 42 плунжера и концом 18 цилиндра создается вакуум. Поскольку конец 42 плунжера движется мимо входных отверстий 68, происходит сброс вакуума и жидкость заполняет верхнюю насосную камеру. Это действие создает шум, или динамическую/звуковую волну, что может вышибить жидкость из горных пород или других подземных объектов в рабочей зоне. Следовательно, обеспечивается механизм для дальнейшего облегчения извлечения нефти из рабочей зоны. Подобным образом, когда плунжер движется вверх, как показано на Фиг.1 и 4, вакуум создается между концом 44 плунжера и концом 20 цилиндра. Поскольку конец 44 плунжера движется мимо входных отверстий 68, вакуум снимается, и жидкость заполняет нижнюю насосную камеру. Это действие создает шум, или динамическую/звуковую волну, как описано выше.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения используется только нижняя половина насосной камеры, иначе говоря, нижняя насосная камера 96. В этом варианте плунжер 16 никогда не деблокирует входы 68 и не движется к их второму концу при ходе вниз. Жидкость 30, как таковая, не допускается в верхнюю насосную камеру 98, и тогда отпадает необходимость в больших нагрузках на двигатель для поднятия колонны насосных штанг 46 и плунжера 16, поскольку, таким образом, вместе с ними не поднимается жидкость.

Рассматривая альтернативный вариант, представленный на Фиг.8 и 9, видно, что верхний проточный клапан исключен. Компоненты, сходные с теми, которые присутствуют в варианте, показанном на Фиг.1-4, помечены такими же номерами для ссылок. В этом варианте насос функционирует таким же образом, что и вышеописанный насос с двумя рабочими ходами, при использовании только нижней его половины, т.е. когда жидкость откачивается только при ходе вниз. В этом варианте колонна насосных штанг 46 закреплена относительно установочного патрубка 102 для крепления глубинного насоса, расположенного наверху цилиндра 12. Плунжер 104 имеет полую впадину 106, образованную в нем, с одним проточным клапаном 108, расположенным на нижнем конце 110 плунжера. В этом варианте клапан 108 имеет клапанный элемент 116, седло 118 клапана и пружину 120. Выпускное отверстие 112 связывает полость 106 и верхнюю насосную камеру 98. Жидкость, такая как нефть, которая накапливается выше верхнего конца 114 плунжера, стекает через выпускное отверстие 112 в полость 106. Стекшая жидкость затем спускается по проточному клапану 108 в нижнюю часть 94 эксплуатационной насосно-компрессорной колонны при ходе плунжера вниз.

Несмотря на то что настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты, специалисты в данной области техники могут признать, что изменения могли быть сделаны без отклонения от сущности и объема изобретения. По существу, подразумевается, что предшествующее подробное описание должно рассматриваться скорее как иллюстративное, нежели чем ограничивающее, и что оно представляет собой прилагаемый пункт формулы изобретения, включающий все его эквиваленты, которые предназначены для определения объема изобретения.