ГЛУБИННЫЙ НАСОС
DOWNHOLE PUMP

Изобретение относится к общему машиностроению и может использоваться в насосах, предназначенных, например, для добычи скважинной жидкости и для освоения нефтяных, газовых, водяных и других скважин поршневанием (свабированием).
3
Известен скважинный штанговый насос (авт. свид. СССР №964231, м. кл. F04B 47/00, опубликовано 07.10.1982), содержащий плунжер с нагнетательным клапаном и обводными каналами, не менее одного перепускного клапана, подпружиненного со стороны газоотводящего трубопровода, сообщенного с подплунжерной полостью и установленного в газоотводящем трубопроводе.
Во время работы этого устройства на пласт действует пониженное переменное давление, способствующее высасыванию скважинной жидкости из пор и трещин пласта. Однако грузоподъемность колонны насосных штанг, как правило, не позволяет устанавливать плунжер на уровне пласта. Кроме того, колонна насосных штанг не защищена от перегрузок. Поэтому насос устанавливается выше пласта и эффективность его воздействия на пласт ослабляется демпфирующим воздействием столба скважинной жидкости, находящегося между пластом и плунжером. Эффективность обработки пласта этим насосом невелика. Насос может использоваться только в сочетании со станком-качалкой. Это ограничивает возможности использования устройства при освоении скважины.
Известен способ освоения нефтяной или газовой скважины и устройство для его осуществления (патент РФ №2183730, м. кл. E21B 43/00, опубликовано 20.06.2002). Устройство состоит из сваба на кабеле, размещенного в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) и струйного насоса с каналами, сужающимися в сторону колонны НКТ и расположенными под углом к оси колонны НКТ. Такое устройство обеспечивает понижение давления и создание переменного давления скважинной жидкости на пласт, в процессе освоения скважины. Устройство способно работать без станка-качалки.
Однако воздействие такого устройства на пласт также невелико из-за демпфирующего действия столба скважинной жидкости, находящегося между пластом и свабом. Приблизить устройство к пласту не позволяет несущая способность кабеля, поскольку чем ниже опущен сваб, тем больше столб жидкости, находящейся выше сваба, тем больше сила, поднимающая сваб, и тем выше вероятность разрыва кабеля. Поэтому сваб и струйный насос обычно работают на небольшой глубине, то есть значительно выше пласта.
Известен глубинный штанговый насос (авт. свид. СССР №358544, м. кл. F04B 49/00, опубликовано 03.11.1972), содержащий расположенный в цилиндре плунжер с полым тяговым элементом и перепускным клапаном. Плунжер прикреплен к полому тяговому элементу, выполненному в виде заглушенного сверху вытянутого баллона, в котором нижний конец тягового элемента снабжен перепускным клапаном для сообщения его внутренней полости с подплунжерным пространством посредством обводного канала, выполненного в плунжере.
Однако колонна насосных штанг этого устройства тоже не защищена от перегрузок, поскольку перепускной клапан не может перепустить жидкость, находящуюся выше плунжера, в подплунжерное пространство. Это устройство может быть опущено в скважину на колонне насосных штанг, что усложняет его использование в условиях, когда освоение скважины осуществляется с помощью буровой установки. Оно способно создавать колебания давления в скважине только за счет энергии жидкости, находящейся в полости тягового элемента, то есть амплитуда колебаний давления жидкости на уровне пласта невелика и, следовательно, эффективность его воздействия на пласт также невелика.
Техническим результатом заявляемого технического решения является увеличение амплитуды колебаний скважинной жидкости на уровне пласта и защита тяговых элементов от перегрузок.
Поставленная задача для достижения технического результата решается тем, что в глубинном насосе, содержащем расположенный в цилиндре плунжер с полым тяговым элементом и перепускным клапаном, согласно изобретению полый тяговый элемент, установленный с возможностью свободного перемещения внутри плунжера, имеет верхний и нижний упоры и выполненные на наружной его поверхности выше нижнего упора пазы, заканчивающиеся выше верхнего упора, запорный элемент перепускного клапана подпружинен, а цилиндр выполнен в виде эксплуатационной колонны.
На фиг.1 изображен продольный разрез глубинного насоса; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
Глубинный насос (фиг.1) содержит цилиндр, выполненный в виде эксплуатационной колонны 1, плунжер 2, в котором расположен полый тяговый элемент 3 с возможностью свободного перемещения вдоль его оси между верхним 4 и нижним 5 упорами полого тягового элемента 3. На наружной поверхности полого тягового элемента 3 выполнены продольные пазы 6 (фиг.1, фиг.2), начинающиеся выше нижнего упора 5 и заканчивающиеся выше верхнего упора 4. Запорный элемент 7 перепускного клапана, установленного внутри полого тягового элемента 3, поджат пружиной 8. Ниже нижнего упора 5 расположены окна 9 (фиг.1, фиг.3), выполненные в полом тяговом элементе 3. Пружина 8, подпирающая запорный элемент 7 перепускного клапана, снизу фиксируется гайкой 10. Перед работой устройства эксплуатационная колонна 1 должна быть установлена в скважине. Конструкция скважины должна быть предварительно подготовлена и обеспечивать возможность притока пластовой жидкости в скважину. Например, пространство между наружной поверхностью эксплуатационной колонны 1 и стенкой скважины может быть зацементировано, а затем в эксплуатационной колонне 1, цементном стакане 11 и в горной породе 12 должны быть выполнены отверстия 13.
Глубинный насос работает следующим образом.
При опускании устройства вниз (фиг.1) полый тяговый элемент 3 опускается вниз внутри плунжера 2 до тех пор, пока верхний упор 4 полого тягового элемента 3 не упрется в плунжер 2. После этого полый тяговый элемент 3 и плунжер 2 опускают в скважину как одно целое. При этом содержимое скважины перетекает между полым тяговым элементом 3 и плунжером 2 через продольные пазы 6, выполненные на наружной поверхности полого тягового элемента 3. После опускания устройства до крайнего нижнего положения устройство начинают поднимать. Полый тяговый элемент 3 поднимается внутри плунжера 2 до тех пор, пока нижний упор 5 не упрется в плунжер 2. После этого полый тяговый элемент 3 и плунжер 2 поднимаются как одно целое. Перетекание жидкости по продольным пазам 6 при этом отсутствует, так как возле нижнего упора 5 наружная поверхность полого тягового элемента 3 выполнена без пазов, как показано на фиг.1. Жидкость, находящаяся выше плунжера 2, поднимается вместе с полым тяговым элементом 3 и плунжером 2. Давление в жидкости, находящейся ниже плунжера 2, уменьшается, а давление в жидкости, находящейся выше плунжера 2, возрастает. Разница давлений, действующих на верхнюю и нижнюю поверхности запорного элемента 7 перепускного клапана, тоже возрастает. Если указанная разница давлений достигает величины давления, при котором открывается перепускной клапан, то запорный элемент 7 перепускного клапана перемещается вниз и сжимает пружину 8. Перепускной клапан открывается. Жидкость, перетекающая через перепускной клапан, вырывается через окна 9 и воздействует на пласт. Полый тяговый элемент 3 продолжают поднимать до тех пор, пока окна 9 полого тягового элемента не достигнут верхней границы обрабатываемой зоны пласта. Затем устройство начинают опускать в сторону нижней границы обрабатываемой зоны пласта и процесс повторяется.
Устройство можно опускать не только на канате, но и на колонне насосных штанг, вместо эксплуатационной колонны может использоваться колонна насосно-компрессорных труб, цилиндр насоса, что расширяет возможности его использования.