Результат интеллектуальной деятельности: СКВАЖИННЫЙ ЭЖЕКТОР

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к струйным насосам, и может быть использовано в нефтедобывающих установках.

Известен спускаемый в колонну лифтовых труб струйный аппарат с активным соплом, камерой смешения, диффузором и корпусом. Колонна лифтовых труб снабжена другим корпусом с выполненными ступенчато-посадочными расточками и седлом. Между верхней расточкой и седлом выполнены радиальные отверстия подвода активной среды. Корпус выполнен в виде ступенчатой втулки с наружными кольцевыми выступами, в расточках которой расположены основное сопло с каналами подвода пассивной среды, камера смешения с соплом в виде кольцевого зазора подвода активной среды, и диффузором. Кольцевые зазоры сопл сообщены с камерой подвода активной среды, которая сообщена с подводом активной среды через радиальные отверстия. Струйный аппарат в сборе выполнен с разъемом и установлен в корпусе колонны лифтовых труб с возможностью установки и удаления его на кабеле и выполнен опирающимся, по крайней мере, одним из наружных кольцевых выступов корпуса струйного аппарата установки на опорное седло корпуса колонны лифтовых труб. (Патент RU №2171920 C1. Скважинная насосная установка. - МПК: F04F 5/14. - 10.08.2001).

Известен скважинный эжектор, включающий стационарный корпус с выполненными в нем отверстиями, сопло, распределитель потоков, выполненный с периферийными осевыми каналами и состоящий из сопла, соединенного с центральным каналом, рабочую вставку, состоящую из кармана с полостью смешанного потока, диффузора, камеры смешения, приемной камеры, патрубка, соединяющего камеру смешения и приемную камеру с распределителем потоков, извлекаемую вставку, установленную в верхней части стационарного корпуса внутри полости смешанного потока и состоящую из корпуса с уплотнительными манжетами, выполненного с проточками и внутренним отверстием для возможности движения поршня, соединенного со штоком с захватной головкой, при этом на штоке располагается пружина. Стационарный корпус выполнен разъемным, в нижней части которого находится распределитель потоков, соединенный с упорной втулкой, выполненной с каналом инжектируемого потока и оснащенной фильтром. (Патент RU №137994 U1. Стационарный скважинный струйный насос.- МПК: F04F 5/00. - 27.02.2014).

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является скважинный эжектор, включающий расположенные в колонне насосно-компрессорных труб выше пакера корпус с выполненными в нем отверстиями, рабочую вставку с возможностью извлечения из скважины, в которой смонтированы насадкодержатель и распределитель потоков, выполненный с периферийными осевыми каналами подвода пассивного потока, центральным и радиальными каналами отвода смешанного потока. В центральном канале распределителя потоков размещены диффузор и камера смешения, соединенная посредством резьбы с нижней частью насадкодержателя, в котором установлено активное сопло, жестко зафиксированное прижимной гайкой, приемная камера с перепускными окнами для входа пассивного потока, образованная между активным соплом и камерой смешения, головка для захвата ловильным инструментом, содержащая радиальные каналы для входа активного потока и внутреннюю проточку для размещения насадкодержателя, а также раздвижной узел, присоединенный к нижней части распределителя потоков и включающий упорную втулку и регулятор потока, в которых выполнены радиальные отверстия, и обратный клапан, размещенный во внутренней проточке регулятора потока, последний соединен с основанием, в котором выполнены отверстия для входа продукции из скважины и резьбовое гнездо для присоединения глубинных приборов. (Патент RU №88750 U1. Скважинный извлекаемый струйный насос. - МПК: F04F 5/14. - 20.11.2009). Данное техническое решение принято за прототип.

Недостатком известных технических решений является то, что они предназначены для нагнетания в межтрубное пространство скважины энергетического газа или жидкости высокого давления с целью отбора пластовой смеси (флюида) и отсутствие фиксации струйного насоса в колонне насосно-компрессорных труб, что усложняет эксплуатацию нефтедобывающих скважин.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение надежной посадки и фиксации скважинного эжектора, спускаемого внутри колонны насосно-компрессорных труб, и улучшение извлечения пластовой жидкости (флюида) из скважин.

Техническим результатом является повышение надежности посадки скважинного эжектора, спускаемого в скважину внутри колонны насосно-компрессорных труб, и эффективности эксплуатации нефтедобывающих скважин.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном скважинном эжекторе, устанавливаемом в колонне насосно-компрессорных труб, оснащенной пакером, с возможностью удаления его из скважины, содержащем корпус с радиальными отверстиями, аксиальные корпусу сопло, приемную камеру, камеру смешения с диффузором, обратный клапан, взаимодействующий с седлом, распределитель потоков, включающий аксиальный, периферийные и радиальные каналы, раздвижной узел, упорную втулку и переходник, соединенный с головкой для захвата эжектора монтажным инструментом, в которой выполнены каналы и расточка, согласно предложенному техническому решению аксиальный канал в распределителе потоков выполнен в виде глухого отверстия, сообщающегося с радиальными каналами распределителя потоков, в последнем посредством кольцевых манжет установлено седло для обратного клапана с упором буртика во внутренний торец расточки, выполненной со стороны нижнего торца распределителя потоков, при этом в седле выполнены аксиальное глухое отверстие и радиальные каналы с проточкой, сообщающиеся с радиальными каналами, дополнительно выполненными в стенке распределителя потоков, последний снизу соединен с упорной втулкой, которая оснащена фильтром и устанавливается в колонне насосно-компрессорных труб посредством кольцевой манжеты и раздвижного узла, содержащего раздвижную цангу, под которой на упорной втулке выполнена проточка на глубину, по меньшей мере, равную высоте кулачков цанги, подвижно установленной на упорной втулке, с упором на уступ внутренней поверхности тубуса, дополнительно вмонтированного в колонну насосно-компрессорных труб, и упорное кольцо, закрепленное на упорной втулке срезными штифтами, ограничивающее аксиальное смещение цанги, а в стенке тубуса выполнены радиальные каналы и расточка, последняя образует кольцевую полость, сообщающуюся с дополнительными радиальными каналами распределителя потоков, при этом аксиальный канал упорной втулки сообщается с периферийными каналами распределителя потоков, последний сверху сопряжен с корпусом посредством гильзы и установлены в тубусе посредством кольцевых манжет, образуя между собой кольцевой канал сообщения между радиальными отверстиями в корпусе и каналами в распределителе потоков, при этом снизу корпуса установлено сопло, образуя с распределителем потоков камеру сообщения между периферийными каналами и соплом, а противоположный торец корпуса соединен с переходником, внутри которых размещены диффузор, закрепленный в расточке головки и сообщающийся с ее наклонными каналами, и камера смешения, последняя на уровне радиальных отверстий в стенке корпуса образует совместно с соплом приемную камеру;

диаметр посадочного места упорной втулки между уступами на внутренней поверхности тубуса, по крайней мере, не меньше диаметра разжимной цанги;

раздвижной узел выполнен в виде разжимной цанги, подвижно установленной на упорной втулке с проточкой на глубину, по меньшей мере, равную высоте кулачков, ограниченной в аксиальном направлении упорным кольцом с диаметром, по крайней мере, не большим диаметра посадочного места упорной втулки эжектора между уступами на внутренней поверхности тубуса и закрепленным на упорной втулке срезными штифтами;

уступы на внутренней поверхности тубуса выполнены с наклоном с возможностью сжатия кулачков разжимной цанги при посадке и удалении эжектора;

на фильтре выполнен наружный направляющий конус, для прохождения которого через тубус в последнем со стороны верхнего торца выполнен внутренний улавливающий конус;

радиальные каналы в стенке тубуса выполнены в виде продольных щелей на длине расточки;

диффузор выполнен сборным, верхняя часть которого соединена с головкой для монтажного инструмента, а нижняя часть выполнена совместно с камерой смешения, причем ступенчатой снаружи с упором на уступ внутренней поверхности корпуса.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного скважинного эжектора, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение может быть реализовано на любом предприятии машиностроения из общеизвестных материалов по принятой технологии и успешно использовано на нефтедобывающих скважинах. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

На фиг. 1 показан общий вид скважинного эжектора в разрезе; на фиг. 2 - тубус под скважинный эжектор, вмонтированный в колонну насосно-компрессорных труб; на фиг. 3 - скважинный эжектор в рабочем положении.

Скважинный эжектор содержит соединенные между собой корпус 1, распределитель потоков 2, упорную втулку 3, оснащенную фильтром 4, и головку 5 для захвата эжектора монтажным инструментом (условно не показан), соединенную с корпусом 1 посредством переходника 6. В корпусе 1 выполнено аксиальное ступенчатое отверстие, в котором на уровне нижнего торца установлено сопло 7, а с противоположного торца - диффузор 8 и камера смешения 9, выполненные со ступенчатой наружной поверхностью, которые с упором в уступы поверхностей совместно с соплом 7 на уровне радиальных отверстий 10, выполненных в стенке корпуса 1, образуют приемную камеру 11. Диффузор 8 соединен с расточкой головки 5, в которой выполнены наклонные каналы 12, сообщающиеся с выходом диффузора 8. В распределителе потоков 2 выполнены аксиальный канал 13, периферийные каналы 14 и радиальные каналы 15 и 16. Между нижним торцом корпуса 1 и распределителем потоков 2 образована камера 17, сообщающая периферийные каналы 14 с соплом 7. Аксиальный канал 13 выполнен в виде глухого отверстия, сообщающегося с радиальными каналами 15 и 16 распределителя потоков 2, в последнем посредством кольцевых манжет 18 установлено седло 19, взаимодействующее с обратным клапаном 20, с упором буртика в торец расточки, выполненной в распределителе потоков 2 со стороны нижнего торца. Седло 19 выполнено в виде глухого отверстия с радиальными каналами с проточкой на уровне радиальных каналов 16 распределителя потоков 2. Распределитель потоков 2 соединен с упорной втулкой 3, в последней выполнен аксиальный канал 21 с расширяющимся конусом, сообщающийся с периферийными каналами 14 распределителя потоков 2, с одной стороны, и, с другой, - с фильтром 4. Снаружи корпуса 1 и распределителя потоков 2 с помощью кольцевых манжет 22 установлена гильза 23, образующая с проточками на корпусе 1 и распределителе потоков 2 кольцевой канал 24 сообщения между радиальными отверстиями 10 в корпусе 1 и радиальными каналами 15 в распределителе потоков 2. На упорной втулке 3 подвижно установлена разжимная цанга 25 раздвижного узла, под которой выполнена проточка 26 на глубину, по меньшей мере, равную высоте кулачков цанги 25, ограниченной в аксиальном направлении упорным кольцом 27, закрепленном на упорной втулке 3 срезными штифтами 28 (Фиг. 1). Для установки скважинного эжектора с возможностью удаления его из скважины, в колонну насосно-компрессорных труб 29 ниже пакера (условно не показан) посредством трубной муфты 30 вмонтирован тубус 31, в последнем выполнены внутренние уступы 32 для упора эжектора при посадке в тубус 31 и конусный уступ 33 для зацепления его разжимной цангой 25 в колонне насосно-компрессорных труб 29, а для герметичности посадки скважинного эжектора в тубусе 31 корпус 1 снабжен кольцевой манжетой 34 и упорная втулка 3 - кольцевой манжетой 35 (Фиг. 2). В тубусе 31 со стороны торца выполнен направляющий конус, а стенке выполнены радиальные щели 36 и расточка 37, последняя образует с гильзой 23 и распределителем потоков 2 кольцевую полость 38, сообщающую радиальные каналы 16 распределителя потоков с межтрубной полостью скважины через радиальные щели 36. (Фиг. 3).

Скважинный эжектор работает следующим образом.

В скважину спускают колонну насосно-компрессорных труб 29, оснащенную тубусом 31, вмонтированным посредством трубной муфты 30 ниже пакера, последним закрепляют в скважине. С помощью монтажного инструмента скважинный эжектор зацепляют за головку 5 и спускают по колонне насосно-компрессорных труб 29 до упора уступом упорной втулки 3 в уступ 32 тубуса 31. Скважинный затвор герметично устанавливается в тубус 31 посредством кольцевых манжет 34 и 35, расположенных на корпусе 1 и упорной втулке 3. При посадке скважинного эжектора в тубус 31 кулачки разжимной цанги 25 раздвижного узла сжимаются под действием внутренней цилиндрической поверхности между уступами 32 и 33, и за уступом 33 кулачки цанги 25 раздвигаются и зацепляются за уступ 33 тубуса 31. Обратным перемещением скважинного эжектора упорная втулка 3 фиксирует наружной поверхностью кулачки цанги 25 в разжатом состоянии с упором в аксиальном направлении упорным кольцом 27, закрепленным на упорной втулке 3 срезными штифтами 28.

Центробежным насосом под давлением подают скважинную жидкость в колонну насосно-компрессорных труб 29 через фильтр 4, аксиальный канал 21 и расширяющий конус упорной втулки 3 в периферийные каналы 14 распределителя потоков 2, из которых через камеру 17 активный поток жидкости поступает в сопло 7, из последнего жидкость струей направляется в камеру смешения 9, создавая разрежение в приемной камере 11. Одновременно в приемную камеру 11 устремляется пассивный поток газа или жидкости из межтрубной полости скважины через продольные щели 36, кольцевую полость 38, радиальные каналы 16 распределителя потоков 2, седло 19 с обратным клапаном 20, радиальные каналы 15, кольцевой канал 24 и радиальные отверстия 10. Газ или жидкость, поступающие из радиальных отверстий 10 в приемную камеру 11, увлекается струей жидкости из сопла 7 в камеру смешения 9, из которой скважинная газожидкостная смесь под давлением поступает в диффузор 8 и далее через наклонные каналы 12 головки 5 поднимается по колонне насосно-компрессорных труб 29 в устье скважины.

Удаление скважинного эжектора из колонны насосно-компрессорных труб 29 осуществляется захватом головки 5 монтажным инструментом с последующим аксиальным перемещением скважинного эжектора за головку 5 вверх с усилием, превышающим усилие среза срезных штифтов 28. В результате среза штифтов 28 упорное кольцо 27 смещается кулачками цанги 25 вниз по упорной втулке 3 до упора в торец фильтра 4, при этом кулачки цанги 25 раздвижного узла прижимаются к проточке упорной втулки 3 под воздействием упора 33 и скважинный эжектор свободно удаляется из скважины.

Использование предложенного скважинного эжектора в нефтедобывающей промышленности может значительно повысить эффективность эксплуатации скважин в соответствии с требованиями Правил охраны недр, утвержденных постановлением Госгортехнадзора РФ №71 от 06 июня 2003 г.