Глубинный поршневой насос
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистииеоюх
Республик (61) Дополнительное к авт,свид-ву— (22) Заявлено 04.01.76 (21) 2313222)25-06 с присоединением заявки №вЂ”
Гооударстввнный квинтет
СССР оо делам нзобрвтвннй н открытий (23) Приоритет—
Опубликовано 25.05.79. Бюллетень №
Дата опубликования описания 05.06.79 (72) Авторы изобретенияЭ. И. Аракелян и С. А. Рабин
Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (71) Заявитель (54) ГЛУБИННЫЙ ПОРШНЕВОИ НАСОС
Изобретение относится к глубиннонасосной эксплуатации скважин, в частности, к глубинным поршневым насосам и испытателям нефтеносных, газовых и водоносных пластов при гидрогеологических исследованиях скважин.
Оно может использоваться при ненапорных и малонапорных режимах работы пласта. В этом случае возбуждение притока пластового флюида осуществляется созданием депрессии на пласт путем откачки из него жидкости с производительностью, большей производительности пласта. Если таким путем возбудить приток не удается, то создают переменные по величине гидравлические нагрузки на призабойную зону пласта или депрессию на пласт (гидроразрыв, кислотную обработку и т. п.) путем закачки в него жидкости.
Известен глубинный поршневой насос двойного действия, применяемый с испытателем пластов для откачки Жидкости, со-. держащий корпус, подвижный цилиндр, неподвижный полый шток с поршнем, систему каналов и запорный орган. Насос производит откачку объемов жидкости, заключенных между цилиндром и штоком (при ходе вверх), и внутри цилиндра (при ходе вниз) (11.
Такой насос не решает проблемы увеличения производительности по сравнению с устройствами. одинарного действия, так как для превращения его в насос двойного действия нужно применять второй ряд труб. При этом объемы жидкости, откачиваемые как при ходе штока вверх, так и вниз, резко уменьшаются ввиду того, что наружный диаметр устройства, регламентируемый внутренним диаметром обсадной колонны, остался неизменным. В результате этого производительность устройства не только IIe возрастет, но даже несколько уменьшается.
Кроме того, данному устройству ирисуLILLI
i5 следующие недостатки. невозможность создания депрессии на призабойную зону пласта (гидроразрыв, кислотную обработку и т. п.) путем закачки жидкости в пласт; невозможность создания переменного гидравлического нагружения призабойной зоны пласта с целью разрушения кальматационного слоя в процессе возбуждения притока;
663883 отсутствие свободного осевого канала, что исключает применение глубинных приборов на кабеле для дистанционного контроля параметров пласта в процессе выполнения технологических операций по возбуждению притока. 5
Цель изобретения — обеспечение возможности закачки жидкости в пласт и создания переменных гидравлических нагрузок на призабойную зону при постоянном дистанционном контроле параметров пласта в процессе выполнения этих технологических операций.
Указанная цель достигается тем, что запорный орган выполнен в виде цилиндра со сквозным центральным каналом, через который пропущен кабель, и снабжен уплотнительными цилиндрическими поясками со ступенчатыми проточками между ними, каждый из которых имеет осевые каналы с перекрывающими их клапанами, причем в полом штоке над и под поршнем выполнены радиальные отверстия, и в полости над порш- .3< нем установлен кольцевой подпружиненный клапан для перекрытия соответствующих радиальных отверстий, а полости. над и под поршнем сообщены через указанные радиальные отверстия и осевые каналы с полостью над запорным органом.
На фиг. 1 изображен насос в процессе откачки жидкости из пласта; на фиг. 2 то же, в процессе закачки жидкости в пласт.
Глубинный поршневой насос к испытателю пластов для откачки жидкости содер- 30 жит корпус 1 с насосным узлом 2, включающим поршень 3 с полым штоком 4, в кото.ром размещен запорный орган 5, выполненный в виде цилиндра с центральным каналом 6, через который пропущен кабель 7, и снабженный уплотнительными цилиндрическими поясками 8, 9 и 10, со ступенчатыми проточками — верхней I! и нижней 12— между ними, каждый из которых имеет осевые каналы 13, 14, 15 и 16. Клапаны 17 и
18 перекрывают осевые каналы 13 и 14, а 4е клапаны 19 и 20 перекрывают осевые каналы
15 и 16. В полом штоке в полостях 21 и в
22 над и под поршнем выполнены радиальные отверстия 23, 24, 25 и 26, 27 соответственно. В полости 21 над поршнем установлен кольцевой подпружиненный клапан 28 для 4 перекрытия радиальных отверстий 23, 24 и
25, расположенных над поршнем. Полости над и под поршнем сообщены через указан.- ные радйальные отверстия 23, 24, 25, 26 и осевые каналы с верхней полостью 29 над щ запорным органом, который разделяет полость н|тока на указанную полость (29) и нижнюю полость 30.
Корпус 1 имеет шесть внутренних перегородок. Между перегородками 31 и 32 размещен насосный узел 2. Между перегородка- 33 ми ЗЗ и 34 размещено гидравлическое реле времени 35. Между перегородками 34 и 36 смонтировано клиновое якорное устройство, состоящее из клина 37 и трех сухарей 38. На клин 37 может воздействовать шток 39 гидравлического реле времени, который, в свою очередь, выполнен с возможностью взаимодействия со штоком 4 насоса после того, как последний пройдет рабочий ход откачки (закачки), а сухарй 38 соединены с клином 37 замком типа «ласточкин хвост» и размещены в соответствующих прорезях корпуса i. Между перегородками 36 и 40 размещен узел гидравлического уравновешивания нагрузок, действующих на корпус 1. На кабеле 7 в скважину опускается глубийный прибор с дистанционным управлением. B верхней части запорного органа 5 размещено устройство 41 для герметизации кабеля глубинного прибора, а в нижней — подпружиненные шаровые фиксаторы 42 и распорная втулка 43 с пружиной 44. На внутренней поверхности штока 4 выполнена выточка 45 для фиксатора 42. Клапан 28 имеет пружину 46.
Устройство работает следующим образом.
После спуска комплекта испытательного оборудования на заданную глубину и упора его в забой (или ввода автоматического якоря) корпус 1 останавливается, а шток 4. под действием веса вышерасположенной колонны насосно-компрессорных труб продолжает двигаться вниз, и, пройдя рабочий ход откачки (закачки), упирается своим уступом в шток 39 реле времени, передавая свою нагрузку при дальнейшем совместном их движении вниз корпусу 1 и нижележащим узлам комплекта испытательного оборудования. Происходит выборка всех свободных ходов этих узлов и максимально возможное их нагружение, необходимое для надежной пакеровки. При дальнейшем совместном движении вниз штоков 4 и 39 последний упирается в клин 37 якорного устройства и перемещает его вниз, что приводит к выдвижению сухарей 38 вплоть до плотного зацепления их с обсадной колонной.
Для осуществления откачки жидкости из пласта и дистанционной записи изменения динамического уровня производится сборка и спуск запорного органа 5 в варианте
«откачка» с дистанционным глубинным прибором (см. фиг. 1). После подхода шаровых фиксаторов 42 к уступу на штоке 4 пружина сжимается, шаровые фиксаторы 42 сходят с выступа на распорной втулке 43 и утапливаются, что дает возможность запорному органу 5 продолжить свое движение вниз до посадки на уступ в штоке 4. В этом положении выступ на распорной втулке 43 устанавливается против выточки 45 в штоке
4, что дает возможность пружине ввести шаровые фиксаторы 42 в эту выточку. Происходит фиксация запорного органа 5 в штоке
4.Откачка жидкости из пласта осуществляется при заякоренном корпусе 1 после посадки запорного органа 5 на уступ штока 4
663883
»
Путем возвратно-поступательных перемещений последнего в пределах рабочего хода.
Нижней мертвой точкой рабочего хода откачки является крайнее положение штока 4, при котором он еше не упирается в шток 39 гидравлического реле времени. При ходе штока 4 вниз жидкость из полости 22 под
» поршнем насосного узла через радиальное отверстие 27 проходит в нижнюю проточку
12 запорного органа, закрывает клапан 17, и, открыв клапан 19, через осевой канал 15 проходит в полость 29 штока 4 над запорным органом. Одновременно за счет создания разрежения в надпоршневой полости 21 насосного узла жидкость из нижней полости
30 штока 4 (из пласта) через канал 14, приподняв клапан 18, через отверстие 24 поступает в надпоршневую полость 21 насос- 1s ного узла. При ходе штока 4 вверх жидкость из надпоршневой полости 21 насосного узла через отверстие поступает в верхнюю проточку 11 запорного органа 5, закрывает клапан 18, и, открыв клапан 20, через канал 15 проходит в верхнюю полость
29 штока 4. Одновременно за счет создания разрежения в подпоршневой полости насосного узла жидкость из нижней полости 30 штока 4 (из пласта) через канал, приподняв клапан 17, через отверстие 26 посту- и пает в подпоршневую полость 22 насосного узла. В дальнейшем процесс повторяется.
Откачка жидкости при производительности большей, чем производительность пласта, вызывает депрессию на пласт и приводит к его зо возбуждению.
Для осуществления переменных гидравлических нагрузок на пласт в процессе откачки с целью разрушения его кальматационного слоя шток перемещается от нижней мертвой точки рабочего хода откачки до положения «вверх до упора» и обратно. В . этому случае при движении штока в пределах рабочего хода производится откачка и давление на пласт падает. При движении штока от верхней мертвой точки до упбра вверх кольцевой клапан 28 упирается в кор- 40 пус 1, и, сжав свою пружину 46, открывают отверстия 23 и 25. Гидростатическое давление жидкости в верхней полости 29 штока 4 через отверстие 23, надпоршневую полость 21 насосного узла, отверстие 25, ниж- 4 нюк проточку 12 запорного органа 5, отверстие 26, подпоршневую полость 22 насосного узла и отверстие 27 передается на пласт. При последующем движении штока 4 вниз кольцевой клапан 28 под действием своей пружины 46 перекрывает отверстия 23 и 25 и снова начинается откачка жидкости из пласта и давление на него падает.
Таким же образом можно производить промывку скважины без извлечения запорного органа. Переменные нагрузки в процессе откачки возникают потому,что в пласте создаются упругие колебания за счет периодической подачи на него гидростати6 ческого давления и последующего его снятия. Как показала практика, это позволяет получить положительные результаты при возбуждении притока из пласта.
В случае необходимости закачки жидкости в пласт под давлением производится спуск запорного органа 5, собранного в варианте
«закачка» вместе с дистанционным глубинным прибором (см. фиг. 2).
Закачка жидкости в пласт осуществляется при заякоренном корпусе 1 после посадки запорного органа 5 на уступ штока 4 путем возвратно-поступательных перемещений последнего в пределах рабочего хода. Посадка запорного органа 5 на свой уступ и фиксация его с помощью шаровых фиксаторов 42 в шток 4 производится точно так же,как и в варианте «откачка». При закачке жидкость нагнетается из полости над запорным органом в полость под ним (в пласт) при ходе штока 4 как вверх, так и вниз. При ходе штока 4 вниз жидкость из подпоршневой полости 22 насосного узла через отверстие 26 поступает в нижнюю проточку 12 запорного органа 5, закрывает клапан 19 и, открыв клапан 17, через осевой канал 13 проходит в нижнюю полость 30 штока 4 (в пласт).
Одновременно за счет создания разрежения в надпоршневой полости 21 насосного узла жидкость из верхней полости 29 штока 4 через осевой канал 16, открыв клапан 20, через отверстие 24 поступает в надпоршневую полость 21 насосного узла. При ходе штока 4 вверх жидкость из надпоршневой полости 21 насосного узла через отверстие 24 поступает в верхнюю проточку 11 запорного органа 5, закрывает клапан 20 и, открыв клапан 18, через осевой канал 14 поступает в нижнюю полость 30 штока 4 (в пласт) . Одновременно за счет создания разрежения в подпоршневой полости насосного узла жидкость из верхней полости 29 штока 4 через канал 15, открыв клапан 19, через отверстие
26 поступает в подпоршневую полость 22 насосного узла. В дальнейшем процесс повторяется.
Закачка жидкости в пласт осуществляется для кислотной обработки с обеспечением постоянного движения кислоты в пласте, гидроразрыва пласта, а при использовании специальных узлов под корпусом устройства — для промывки скважины, промывки песчаных пробок и других технологических операций.
Для осуществления переменных нагрузок на пласт в процессе закачки с целью разрушения его калым атацион ного слоя шток 4 перемещают от нижней мертвой точки рабочего хода закачки до положения
«вверх до упора» и обратно. В этом случае при движении штока вверх в пределах рабочего хода производится закачка и давление на пласт значительно увеличивается.
При движении штока от верхней мертвой точки до упора вверх кольцевой клапан 28
663883 упирается в корпус и, сжав пружину, открывает отверстия 23, 24 и 25. В этом случае так же, как и при осуществлении переменных нагрузок на пласт в процессе откачки, полость 29 над запорным органом соединяется с нижней полостью 30 под ним (с пластом) и давление на пласт падает до
5 гидростатического. Таким же образом можно производить промывку скважины без извлечения запорного органа.
Для извлечения запорного органа 5 на поверхность необходимо шток 4 переместить 10
<о упора вверх. При этом кольцевой клапан
28 открывает отверстия 23, 25 и давление под и над запорным органом 5 выравнивается. (1ри последующем вытягивании кабеля 7 вверх г<гтовка прибора упирается во втулку
43, и, сжав пружину 44, перемсщаст се вверх; шаровые фиксаторы 42 утапливаются в нижiltoIo выточку втулки 43, расфиксировав запорный орган 5. При дальнейшем подъеме кабеля глубинный прибор (на чертеже не показан) !I запорный орган 5 двигаются вверх сов- 2р местно до извлечения на поверхность.
Предлагаемый насос может иметь любой прйвод, являющийся самостоятельным устройством и обеспечивающий возвратно-поступательное движение штока 4 вверх и вниз. При этом ход штока 4 вниз должен .осугцествляться за счет веса насосно-комп фе,"орн1,6 трчб, соединенных со штоком 4, а необходимые усилия для хода штока 4 вверх должен создавать механизм привода.
Для этой цели могут быть использованы 3ф имеющиеся на скважине подъемно-транспортные средства или сконструирован специальный механизм привода.
С помощью предлагаемого насоса можно осуществлять регулирование отбора жидкости из пласта (производительности):
1. изменяя длину рабочего хода штока 4;
2. изменяя число двойных ходов штока 4 в единицу времени;
3. путем превращения его в насос двойного действия, откачивающего жидкость при
40 холе штока 4 как вверх, так и вниз, в насос одинарного действия, откачивающего я идкость при ходе штока только вниз или только вверх, для чего необходимо только удалить один из клапанов 17, 18, 19 или 20.
Для восстановления работы клапанной системы при нарушении ее работоспособности достаточно извлечь запорный орган 5, заменить вышедшую из строя деталь, затем снова произвести спуск и продолжить закачку или откачку.
Конструкция предлагаемого устройства позволяет повысить его производительность по сравнению с известными устройствами двойного действия за счет ликвидации двойного ряда труб.
Формула изобретения
Глубинный поршневой насос к испытателю пластов для откачки жидкости, содержащий корпус с насосным узлом, включающим поршень с полым штоком, в котором размещен запорный орган, отличающийся тем, что, с целью осуществления возможности закачки жидкости в пласт и создания переменных гидравлических нагрузок при по-. стоянном дистанционном контроле параметров пласта, запорный орган выполнен в виде цилиндра со сквозным центральным каналом, через который пропущен кабель, и снабжен уплотнительными цилиндрическими поясками со ступенчатыми проточками между ними, каждый из которых имеет осевые каналы с перекрывающими их клапанами, причем в полом штоке над и под поршнем выполнены радиальные отверстия, и в полости над поршнем установлен кольцевой подпружиненный клапан для перекрытия соответствующих радиальных отверстий, а полости над и под поршнем сообщены через указанные радиальные отверстия и осевые каналы с полостью над запорйым органом.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
l. Авторское свидетельство СССР
No 85407, кл. F 04 В 19/02. 1948.