Насос-пульсатор для волновой обработки продуктивного пласта
Предполагаемая полезная модель относится к добыче нефти и может быть использована на добычных, а также выведенных из эксплуатации и малодебетных скважинах. Техническая задача, решаемая в предполагаемом изобретении, заключается в расширении области применения при повышении надежности и долговечности. Поставленная задача решается тем, что насос-пульсатор для волновой обработки продуктивного пласта, включающий, выполненный с уширением и окнами в средней части и радиальным отверстием в верхней части и закрытый снизу переходником цилиндр, размещенный внутри цилиндра с возможностью осевого перемещения плунжер со сквозным центральным каналом и нагнетательным клапаном, соединенный с внешним приводом возвратно-поступательного перемещения посредством тяги, дополнительно снабжен ступенчатой подпружиненной заслонкой, установленной с зазором внутри цилиндра в уширенной его части с возможностью осевого перемещения и образующей с цилиндром замкнутую кольцевую камеру, соединенную каналом с радиальным отверстием в верхней части цилиндра. Целесообразно рабочее усилие пружины ступенчатой заслонки Р пр выбрать <S×p, где
S - площадь кольцевой камеры, образованной цилиндром и заслонкой;
p - давление в надплунжерной полости.
Целесообразно снабдить насос-пульсатор упруго-эластичной
прокладкой, установленной между цилиндром и переходником. На переходнике ниже цилиндра целесообразно установить пакер, что позволит при необходимости отсоединить межтрубное пространство от пласта. В этом случае в межтрубное пространство заливают жидкость, которую предварительно можно отфильтровать, что приведет к существенному увеличению долговечности устройства.
3 з.п. ф-лы, 3 фиг.
Предполагаемая полезная модель относится к добыче нефти и может быть использована на добычных, а также выведенных из эксплуатации и малодебетных скважинах.
Известен способ эксплуатации скважин по патенту РФ №2136851 (МПК: Е 21 В 43/00, опубл. 10.09.1999). В данном способе используется устройство, включающее цилиндр и плунжер, при возвратно-поступательном движении которого под действием внешнего, расположенного на устье скважины привода, например, станка-качалки, происходит изменение амплитудных значений действующего на забой скважины усилия, преобразуемого в упругие колебания пласта, обеспечивающие увеличение нефтеотдачи.
Недостатком известного устройства, является ограниченная конструктивная прочность вследствие возникновения ударно-динамических нагрузок на тягу и привод.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому эффекту является устройство по патенту РФ №2075596 (МПК 6 Е 21 В 43/25, 28/00, 43/16, опубл. 20.03.1997), включающее подъемный механизм в виде станка-качалки, колонну насосно-компрессорных труб, цилиндр с посадочным седлом, установленным на конце насосно-компрессорных труб, плунжер, установленный в цилиндре с возможностью осевого перемещения и выхода из цилиндра в крайнем верхнем положении, центратор, установленный между колонной насосно-компрессорных труб и цилиндром, подзарядное устройство, емкость и штанги со штоком, один конец которых связан со станком-качалкой, а другой - с плунжером.
Недостатком устройства по патенту РФ №2075596 является сложность его конструкции, а, следовательно, невысокая надежность. Кроме того, при использовании данного устройства в момент нанесения удара возникает отраженная ударная волна, приводящая к появлению ударно-динамических нагрузок на тягу и привод. Наличие ударно-динамических нагрузок приводит к разрушению тяги и нарушению работоспособности привода. На практике это вынуждает снижать энергетический потенциал волновых воздействий.
Техническая задача, решаемая в предполагаемом изобретении, заключается в расширении области применения при повышении надежности и долговечности.
Поставленная задача решается тем, что насос-пульсатор для волновой обработки продуктивного пласта, включающий, выполненный с уширением и окнами в средней части и радиальным отверстием в верхней части и закрытый снизу переходником цилиндр, размещенный внутри цилиндра с возможностью осевого перемещения плунжер со сквозным центральным каналом и нагнетательным клапаном, соединенный с внешним приводом возвратно-поступательного перемещения посредством тяги, дополнительно снабжен ступенчатой подпружиненной заслонкой, установленной с зазором внутри цилиндра в уширенной его части с возможностью осевого перемещения и образующей с цилиндром замкнутую кольцевую камеру, соединенную каналом с радиальным отверстием в верхней части цилиндра.
Снабжение насос-пульсатора ступенчатой подпружиненной заслонкой, установленной с зазором внутри указанного цилиндра в уширенной его части с возможностью осевого перемещения и образующей с указанным цилиндром
кольцевую камеру обеспечит впуск жидкости в момент хода плунжера вниз, исключая таким образом динамические нагрузки на привод.
Целесообразно рабочее усилие пружины ступенчатой заслонки Рпр выбрать <S×p, где
S - площадь кольцевой камеры, образованной цилиндром и заслонкой;
p - давление в надплунжерной полости.
Такое рабочее усилие пружины обеспечит смещение заслонки только при движении плунжера вниз.
Целесообразно снабдить насос-пульсатор упруго-эластичной прокладкой, установленной между цилиндром и переходником.
Это позволит снизить динамические нагрузки на цилиндр.
На переходнике ниже цилиндра целесообразно установить пакер, что позволит при необходимости отсоединить межтрубное пространство от пласта. В этом случае в межтрубное пространство заливают жидкость, которую предварительно можно отфильтровать, что приведет к существенному увеличению долговечности устройства.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен насос-пульсатор, продольный разрез, на фиг.2 - схема применения устройства для возбуждения импульсов давления жидкости с одновременной откачкой жидкости из скважины, на фиг.3 - схема применения устройства для возбуждения импульсов давления жидкости без откачки жидкости из скважины.
Предлагаемый насос-пульсатор включает в себя ступенчатый цилиндр 1, снабженный радиальным отверстием 2 в верхней части и окнами 3 в средней части. Цилиндр 1 выполнен с уширением в средней части и снизу закрыт переходником 4. Внутри цилиндра 1 на пружине 5 с зазором и возможностью осевого перемещения установлена ступенчатая заслонка 6, образующая с торцевыми поверхностями цилиндра 1 замкнутую кольцевую камеру 7, гидравлически связанную каналами 8 и 9 с отверстием 2 в боковой поверхности верхней части цилиндра 1. Внутри цилиндра 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен плунжер 10 со сквозным внутренним каналом 11 и нагнетательным клапаном 12, соединенный с внешним приводом возвратно-поступательного перемещения посредством става насосных штанг. Для соединения с колонной насосно-компрессорных труб и ставом насосных штанг цилиндр и плунжер могут быть снабжены соответственно муфтами 13 и 14. На переходнике 4 может быть установлен пакер 15. Между цилидром и переходником может быть установлена упруго-эластичная прокладка 16.
Предлагаемое устройство может использоваться для возбуждения импульсов давления жидкости с одновременной откачкой жидкости из скважины или без откачки.
Режим возбуждения импульсов давления жидкости с одновременной ее откачкой может быть использован при работе на добывающих скважинах с высоким уровнем внутрипластового давления, обеспечивающего подъем уровня
жидкости в межтрубном пространстве на высоту Н ж (фиг.2).
В этом случае в обсаженную скважину 17 на насосно-компрессорных трубах (НКТ) 18 (фиг.2, 3), сообщающихся в устье скважины с выкидной линией, опускают цилиндр 1. В цилиндр 1 на ставе насосных штанг 19 (фиг.2, 3) опускают плунжер 10. НКТ 18 полностью заполняют жидкостью на высоту Н нкт, при этом под действием повышенного давления (Н нкт>Нж) в кольцевой камере 7 (фиг.1) заслонка 6 сжимает пружину 5 и опускается вниз, перекрывая окна 3 на боковой поверхности цилиндра 1, связывающие подплунжерную камеру с межтрубным пространством. Под действием внешнего привода, например, станка-качалки 20 (фиг.2, 3), плунжер 10 движется вверх. При этом давление в подплунжерной камере снижается за счет разрежения, а жидкость из труб НКТ 18 вытесняется в выкидную линию 21, то есть производится ее откачка. При дальнейшем движении вверх плунжер 10 (фиг.1) верхней кромкой перекрывает отверстие 2 цилиндра 1, связывающее надплунжерную камеру с кольцевой камерой 7, давление в которой начинает снижаться за счет утечки жидкости из нее через гарантированные зазоры между цилиндром 1 и заслонкой 6. Время выравнивания давлений в кольцевой и подплунжерной камерах больше, чем время движения плунжера 10 от момента закрытия отверстия 2 цилиндра 1 до крайнего верхнего положения, поэтому заслонка 6 продолжает оставаться в крайнем нижнем положении. После прохода плунжером 10 крайнего верхнего положения и его последующего опускания аниз под действием собственного веса и веса
насосных штанг 19, то есть при полном снятии тягового усилия станка-качалки 20, происходит выравнивание давлений в подплунжерной и кольцевой 7 камерах и заслонка 6 под действием усилия пружины 5 перемещается в крайнее верхнее положение, открывая окна 3 на боковой поверхности уширенной части цилиндра 1. Находящаяся под более высоким давлением жидкость из межтрубного пространства устремляется в подплунжерную камеру, создавая в ней импульс давления. Возникающая в результате действия этого импульса сила передается через переходник 4 на излучатель (на фиг. не показан), возбуждающий волновые колебания в продуктивном пласте 22.
При дальнейшем движении плунжера 10 вниз жидкость из подплунжерной камеры через клапан 12 (фиг.1) и внутренний канал 11 плунжера 10 поступает в надплунжерную камеру. После перемещения плунжера 10 в крайнее нижнее положение цикл повторяется. Причем в начале движения плунжера 10 вверх давление в надплунжерной камере падает и заслонка 6 перемещается в крайнее нижнее положение, прерывая сообщение подплунжерной и межтрубной камер. Уровень Нж жидкости в межтрубном пространстве поддерживается за счет ее притока из продуктивного пласта.
Второй режим - только возбуждение импульсов давления жидкости без ее откачки - применяется при работе на низкодебетных или выведенных из эксплуатации скважинах с низким уровнем пластового давления.
В этом режиме в обсаженную скважину 17 (фиг.3) на НКТ 18 опускают
цилиндр 1 с предварительно закрепленным на переходнике 4 пакером 15, перекрывающим после установки сообщение пласта с межтрубным пространством. НКТ 18 на устье скважины коленом 23 сообщаются с межтрубным пространством. В цилиндр 1 на ставе 19 насосных штанг опускают плунжер 10. Скважину заполняют жидкостью, обеспечивая ее уровень в межтрубном пространстве равным расчетному значению Нж, а НКТ 18 заполняют жидкостью полностью на высоту ННКТ.
В дальнейшем процесс работы аналогичен приведенному при описании работы в режиме с откачкой жидкости с разницей лишь в том, что при ходе плунжера 10 вверх жидкость вытесняется не в выкидную линию 21, а в межтрубное пространство, обеспечивая постоянство значения Нж.
Применение предлагаемого насос-пульсатора обеспечит:
- полное снятие динамических воздействий отраженной волны на станок-качалку и резкое снижение нагрузок на став насосных штанг, так как действие этой волны происходит во время движения плунжера со ставом насосных штанг вниз под действием только собственного веса при нулевом значении тягового усилия станка-качалки;
- исключение осевого ударно-динамического воздействия импульса давления жидкости в подплунжерной камере на цилиндр благодаря упруго-подвижной установке переходника в нижней части цилиндра;
- возможность предварительной фильтрации заливаемой в скважину
жидкости (при втором режиме работы), что повысит надежность и долговечность работы насос-пульсатора.
Благодаря перечисленным преимуществам при работе предлагаемого насос-пульсатора снимаются ограничения по повышению уровня энергетических параметров волновых воздействий на продуктивный пласт, что приведет к увеличению эффективности нефтеотдачи.
1. Насос-пульсатор для волновой обработки продуктивного пласта, включающий цилиндр, выполненный с уширением в средней части и закрытый снизу переходником, снабженный радиальным отверстием в верхней части и окнами в средней части, размещенный внутри цилиндра с возможностью осевого перемещения плунжер со сквозным центральным каналом и нагнетательным клапаном, соединенный с внешним приводом возвратно-поступательного перемещения посредством тяги, надплунжерную и подплунжерную камеры, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен ступенчатой подпружиненной заслонкой, установленной с зазором внутри указанного цилиндра в уширенной его части с возможностью осевого перемещения и образующей с указанным цилиндром кольцевую камеру.
2. Насос-пульсатор по п.1, отличающийся тем, что рабочее усилие ступенчатой заслонки P пр<S·p,
где S - площадь кольцевой камеры, образованной цилиндром и заслонкой;
р - давление в надплунжерной полости.
3. Насос-пульсатор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен упруго-эластичной прокладкой, установленной между цилиндром и переходником.
4. Насос-пульсатор по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что на переходнике ниже цилиндра установлен пакер.
