RU2182264C2

RU2182264C2 - Device for fluid lifting by submersible electrical pump through casing string

Info

Publication number: RU2182264C2
Application number: RU2000104962/06A
Authority: RU
Inventors: дкин В.Н. Стерл; В.Н. Стерлядкин
Original assignee: Стерлядкин Владимир Николаевич
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2002-05-10

Abstract

FIELD: operation of wells; applicable in fluid pumping by electrical pump through casing string. SUBSTANCE: device has body 1 with upper and lower projections 2,3, respectively, and bypass channels 2 and coupling freely installed between body projections. Coupling is compound and includes rigidly connected between each other upper cylindrical and lower conical sections 6,7. Coupling has end seal 8 relative to upper projection 2. Secured to coupling is flexile collar 11. Supporting-stopping appliance of device has, at least, three slips 12 with single-side tooth cutting. Slips are uniformly located by means of recess connections 13 on lower conical section 7 of coupling. Installed between lower projection 3 and coupling is spacer in form of connection 14 with vertical slots 145 and washer 16 on its upper end. Spring 17 rests on washer 16, upper section of spring is located in bore 18. Run of spring 17 facilitates engagement of washer 16 with end of lower conical section 7 of coupling. Supporting-stopping appliance includes also ring 19 with leaf springs 20 rigidly secured to its internal surface. Springs 20 are located in slots 15 and recesses 21. Toothed slips 12 are hinged by tie rods 22 with ring 19. During short- time trial starting of electric pump 25, fluid enters zone located above collar 11, and under action of the latter of weight of fluid column, collar 11 together with coupling, overcoming force of spring 17, move down on stopping run. Slips 12 moving along recesses 13 engage with their teeth the walls of casing string 23 to provide for reliable stopping of device. EFFECT: extended field of application and increased operate reliability, and simplified operation. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области эксплуатации скважин и может быть использовано для обеспечения откачки жидкости, нагнетаемой погружным электронасосом по обсадной колонне скважины, например, при беструбной эксплуатации водяных скважин и скважин подземного выщелачивания, а также в других подобных случаях. The invention relates to the field of operation of wells and can be used to provide pumping fluid pumped by a submersible electric pump along the casing of the well, for example, during tubeless operation of water wells and underground leaching wells, as well as in other similar cases.

Известно устройство для подъема жидкости погружным электронасосом по обсадной колонне скважины, содержащее полый цилиндрический корпус с верхним и нижним выступами, свободно установленную между выступами корпуса составную муфту с верхним цилиндрическим и нижним коническим участками, эластичную манжету, разжимаемую давлением нагнетаемой жидкости, и опорно-стопорное приспособление, включающее зубчатые шлипсы ( RU 2068074 C1). A device for lifting liquid by a submersible electric pump along the casing of a well is known, comprising a hollow cylindrical body with upper and lower protrusions, a composite sleeve freely installed between the body protrusions with an upper cylindrical and lower conical sections, an elastic cuff expandable by the pressure of the injected fluid, and a supporting-locking device including gear slips (RU 2068074 C1).

К недостаткам известного устройства следует отнести:
- невозможность использования пакера для беструбной эксплуатации скважины, так как он работает только при наличии на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ);
- невысокая надежность пакера из-за наличия в устройстве срезных штифтов;
- возможно только одноразовое использование пакера, так как требуется замена срезных штифтов и обратного клапана.The disadvantages of the known device include:
- the inability to use the packer for pipeless operation of the well, since it only works if there are tubing on the string;
- low reliability of the packer due to the presence of shear pins in the device;
- only one-time use of the packer is possible, as replacement of shear pins and check valve is required.

Целью настоящего изобретения является расширение области применения за счет обеспечения подъема жидкости без использования насосных труб, а также повышение эксплуатационной надежности и упрощение эксплуатации. The aim of the present invention is to expand the scope by providing lifting fluid without the use of pump pipes, as well as improving operational reliability and simplifying operation.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для подъема жидкости погружным электронасосом по обсадной колонне скважины, содержащем полый цилиндрический корпус с верхним и нижним выступами, свободно установленную между выступами корпуса составную муфту с верхним цилиндрическим и нижним коническим участками, эластичную манжету, разжимаемую давлением нагнетаемой жидкости, и опорно-стопорное приспособление, включающее зубчатые шлипсы, опорно-стопорное приспособление дополнительно содержит расположенный между нижним выступом корпуса и муфтой патрубок, установленную на его верхнем торце шайбу и кольцо с жестко укрепленными на его внутренней поверхности пластинчатыми пружинами, при этом на цилиндрическом корпусе выполнены перепускные каналы, на верхнем цилиндрическом участке муфты - радиальные прорези, зубчатые шлипсы посредством пазовых соединений закреплены на коническом участке муфты и шарнирно соединены тягами с кольцом, патрубок с шайбой подпружинен относительно муфты, на цилиндрическом корпусе выполнены пазы, а на патрубке - вертикальные прорези для размещения в них пластинчатых пружин, причем шайба имеет возможность взаимодействия с нижним торцом муфты, а последняя зафиксирована от проворота относительно цилиндрического корпуса и имеет торцевое уплотнение относительно верхнего выступа корпуса, эластичная манжета закреплена на муфте, а верхний цилиндрический и нижний конический участки последней жестко соединены между собой. This goal is achieved by the fact that in the device for lifting fluid by a submersible electric pump along the casing of the well, comprising a hollow cylindrical body with upper and lower protrusions, a composite sleeve freely installed between the projections of the body with the upper cylindrical and lower conical sections, an elastic cuff, expandable by the pressure of the injected fluid and the supporting-locking device, including gear slips, the supporting-locking device further comprises located between the lower protrusion of the case and the coupling, a pipe mounted on its upper end face and a ring with leaf springs rigidly fixed on its inner surface, bypass channels are made on the cylindrical body, radial slots are on the upper cylindrical section of the coupling, the gear slips are fixed on the conical section the couplings are pivotally connected by rods to the ring, the nozzle with the washer is spring-loaded relative to the coupling, grooves are made on the cylindrical body, and vertical slots for displacements of leaf springs in them, and the washer has the ability to interact with the lower end of the coupling, and the latter is fixed from rotation relative to the cylindrical body and has a mechanical seal relative to the upper protrusion of the housing, the elastic cuff is fixed to the coupling, and the upper cylindrical and lower conical sections of the latter are rigidly connected between by myself.

При этом опорно-стопорное приспособление включает по крайней мере три зубчатых шлипса, а каждое из пазовых соединений конического участка муфты с зубчатыми шлипсами выполнено в виде "ласточкиного хвоста", причем зубья шлипсов имеют одностороннюю нарезку. In this case, the support-locking device includes at least three toothed slips, and each of the grooved joints of the conical section of the coupling with toothed slips is made in the form of a “dovetail”, and the teeth of the slips have one-sided cutting.

Кроме того, на внутренней поверхности конического участка муфты выполнена расточка для размещения пружины. In addition, a bore is made on the inner surface of the conical portion of the sleeve to accommodate the spring.

Проведенные испытания опытной конструкции заявленного устройства показали его высокую эксплуатационную надежность и промышленную применимость. Tests of the experimental design of the claimed device showed its high operational reliability and industrial applicability.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the device.

Устройство содержит полый цилиндрический корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 выступами и с перепускными каналами 4 на его наружной поверхности для перетока жидкости, свободно установленную между выступами корпуса муфту, которая выполнена составной и включает жестко соединенные между собой болтами 5 верхний цилиндрический 6 и нижний конический 7 участки. Муфта имеет торцевое уплотнение 8 относительно верхнего выступа 2 корпуса 1 и на ней закреплен штифт 9, расположенный в одном из каналов 4, что исключает ее проворот относительно корпуса 1. На верхнем цилиндрическом участке 6 муфты выполнены радиальные прорези 10 для слива жидкости. На муфте также закреплена эластичная манжета 11, разжимаемая давлением нагнетаемой жидкости. Опорно-стопорное приспособление устройства содержит по крайней мере три шлипса 12 с зубчатой односторонней нарезкой, которые равномерно размещены посредством пазовых соединений 13, каждое из которых выполнено в виде "ласточкиного хвоста", на нижнем коническом участке 7 муфты. Между нижним выступом 3 корпуса 1 и муфтой установлен проставок в виде патрубка 14 с вертикальными прорезями 15, на его верхнем торце размещена шайба 16, на которую опирается цилиндрическая пружина 17, причем ее верхней участок расположен в расточке 18, выполненной на внутренней поверхности нижнего конического участка 7 муфты. Ход пружины 17 позволяет взаимодействовать шайбе 16 с торцом нижнего конического участка 7 муфты. Опорно-стопорное приспособление включает также кольцо 19 с жестко укрепленными на его внутренней поверхности пластинчатыми пружинами 20. Последние размещены в прорезях 15 патрубка 14 и в пазах 21, выполненных на корпусе 1. Зубчатые шлипсы 12 шарнирно соединены тягами 22 с кольцом 19. Пластинчатые пружины 20 обеспечивают шлипсам 12 установленное им положение в пазах 21 при спуске, стопорении и подъеме устройства в обсадной колонне 23 скважины, т.е. в необходимом диаметральном габарите, исключая самопроизвольное стопорение устройства при спуске или подъеме по обсадной колонне 23 скважины. Электрокабель 24 от электронасоса 25 проходит через уплотнение 26, внутреннюю полость корпуса 1 и окно 27. В верхней части корпуса 1 имеется штырь 28 для захвата, спуска и отсоединения устройства со спуско-подъемным инструментом, например, штангами или трубами. Наличие обратного клапана 29 в электронасосе 25 в сочетании с манжетой 11, торцевым уплотнением 8 и уплотнением 26 электрокабеля 24 исключает произвольный слив столба жидкости из нагнетательной части колонны 23 скважины. The device comprises a hollow cylindrical body 1 with upper 2 and lower 3 protrusions and with bypass channels 4 on its outer surface for fluid flow, a sleeve freely installed between the projections of the housing, which is made integral and includes upper cylindrical 6 and lower conical rigidly interconnected by bolts 5 7 plots. The coupling has a mechanical seal 8 relative to the upper protrusion 2 of the housing 1 and a pin 9 is mounted on it, located in one of the channels 4, which excludes its rotation relative to the housing 1. On the upper cylindrical section 6 of the coupling there are made radial slots 10 for draining the fluid. An elastic sleeve 11 is also fixed to the sleeve, expandable by the pressure of the pumped fluid. The support-locking device of the device contains at least three slots 12 with serrated one-sided threading, which are evenly spaced by means of groove joints 13, each of which is made in the form of a “dovetail”, on the lower conical section 7 of the coupling. Between the lower protrusion 3 of the housing 1 and the coupling a spacer is installed in the form of a pipe 14 with vertical slots 15, a washer 16 is placed on its upper end, on which a coil spring 17 rests, and its upper section is located in the bore 18, made on the inner surface of the lower conical section 7 couplings. The stroke of the spring 17 allows the washer 16 to interact with the end face of the lower conical section 7 of the coupling. The support-locking device also includes a ring 19 with leaf springs rigidly fixed on its inner surface 20. The latter are located in the slots 15 of the nozzle 14 and in the grooves 21 made on the housing 1. The gear slots 12 are pivotally connected by rods 22 to the ring 19. The leaf springs 20 provide the slips 12 with their position in the slots 21 during descent, locking and lifting of the device in the casing 23 of the well, i.e. in the required diametric dimension, excluding spontaneous locking of the device during descent or ascent along the casing 23 of the well. The electric cable 24 from the electric pump 25 passes through the seal 26, the internal cavity of the housing 1 and the window 27. In the upper part of the housing 1 there is a pin 28 for gripping, lowering and disconnecting the device with a hoisting tool, for example, rods or pipes. The presence of the check valve 29 in the electric pump 25 in combination with the cuff 11, the mechanical seal 8 and the seal 26 of the electric cable 24 eliminates the arbitrary discharge of the liquid column from the discharge part of the well string 23.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Спуск, установка и подъем устройства, соединенного с электронасосом 25, в скважине производится при помощи спуско-подъемного инструмента и освобождающегося захвата, которое должно быть соединено со штырем 28. The descent, installation and lifting of the device connected to the electric pump 25, in the well is carried out using a lifting and lifting tool and a release grip, which should be connected to the pin 28.

При спуске устройства по колонне 23 жидкость свободно перетекает через электронасос 25, обратный клапан 29 и внутреннюю полость корпуса 1. Эластичная манжета 11 и муфта поджаты пружиной 17 в верхнее положение до упора в верхний выступ 2 корпуса 1. Зубчатые шлипсы 12 находятся внизу конического участка 7 муфты, ограничены от выпадения тягами 22 и зафиксированы в этом положении пластинчатыми пружинами 20. When lowering the device along the column 23, the fluid flows freely through the electric pump 25, the non-return valve 29 and the internal cavity of the housing 1. The elastic cuff 11 and the coupling are pressed by the spring 17 to the upper position against the stop on the upper ledge 2 of the housing 1. Toothed slips 12 are located at the bottom of the conical section 7 couplings are limited from falling out by rods 22 and are fixed in this position by leaf springs 20.

После спуска устройства с насосом на заданную глубину производится кратковременный пробный запуск электронасоса 25 в работу для стопорения устройства в колонне 23. При этом жидкость из электронасоса 25 через внутреннюю полость корпуса 1 поступает в зону, расположенную над манжетой 11, и под действием на последнюю веса столба жидкости манжета 11 вместе с муфтой, преодолевая усилие пружины 17 и силы трения манжеты 11 по колонне 23 и шлипсов 12 в пазах 13, перемещаются вниз на ход стопорения. При этом шлипсы 12, перемещаясь по пазам 13, своими зубьями сцепляются со стенками обсадной колонны 23, а усилия пластинчатых пружин 20, зафиксированных в пазах 21, через тяги 22 обеспечивают заданное положение шлипсов 12 в пазах 13 конического участка 7 муфты при перемещении последней вниз и таким образом происходит надежное стопорение устройства в обсадной колонне 23. Для исключения перетока жидкости по каналам 4 после стопорения корпус 1 приспускается инструментом до посадки его верхнего выступа 2 на торцевое уплотнение 8. Стабильность уровня жидкости в колонне 23 при отключении электронасоса 25 и передача веса жидкости вместе с весом погружного оборудования, электронасоса 25 и всего устройства в целом на зубчатые шлипсы 12 гарантирует надежную работу устройства. After lowering the device with the pump to a predetermined depth, a short test run of the electric pump 25 is put into operation to lock the device in the column 23. In this case, the liquid from the electric pump 25 through the internal cavity of the housing 1 enters the area located above the cuff 11, and under the influence of the last weight of the column the liquid cuff 11 together with the clutch, overcoming the force of the spring 17 and the friction forces of the cuff 11 along the column 23 and the slips 12 in the grooves 13, are moved down the locking stroke. In this case, the slips 12, moving along the grooves 13, engage with their teeth with the walls of the casing 23, and the efforts of the leaf springs 20, fixed in the grooves 21, through the rods 22 provide a predetermined position of the slips 12 in the grooves 13 of the conical section 7 of the coupling when moving the latter down and in this way, the device is reliably locked in the casing 23. To prevent fluid flow through the channels 4 after locking, the housing 1 is lowered by the tool until its upper protrusion 2 fits onto the mechanical seal 8. Fluid level stability the bones in the column 23 when the electric pump 25 is turned off and the transfer of the weight of the liquid along with the weight of the submersible equipment, the electric pump 25 and the entire device as a whole to the toothed slots 12 ensures reliable operation of the device.

Затем известным способом освобождается инструмент и захватывающее устройство от соединения со штырем 28 и производится их подъем из скважины. После обвязки устья скважины и подключения токоподводящего кабеля к автоматической станции управления электронасос 25 включается на постоянную эксплуатацию. Then, in a known manner, the tool and the gripping device are released from the connection with the pin 28 and they are lifted from the well. After tying the wellhead and connecting the current-supply cable to the automatic control station, the electric pump 25 is turned on for continuous operation.

Для подъема устройства с электронасосом 25 необходимо в обратной последовательности спуску произвести спуск инструмента с захватывающим устройством и соединение их со штырем 28, после этого инструментом производится натяжение для перепуска жидкости из нагнетательной зоны скважины в зону всасывания. Слив жидкости происходит через перепускные каналы 4 корпуса 1 и радиальные прорези 10 до статического уровня. Затем дополнительным натяжением инструмента необходимо произвести расшлипсовку (освобождение от стопорения) устройства в колонне 23. При этом от натяжения инструментом патрубок 14 через шайбу 16 сжимает пружину 17, шайба 16 упирается в нижний торец муфты, что обеспечивает перемещение последней вверх, а шлипсы 12, удерживаемые тягами 22 и пластинчатыми пружинами 20, перемещаются по пазам 13 "ласточкиного хвоста" в нижнюю часть конического участка 7 муфты, выходя таким образом из зацепления со стенкой колонны 23, т.е. происходит расшлипсовка устройства. При дальнейшем подъеме зубчатые шлипсы 12 находятся в наружном габарите конического участка 7 муфты, что исключает произвольное стопорение. Жидкость имеет возможность до выхода из статического уровня перетекать по каналам 4 корпуса 1 и прорези 10 в скважину, минуя электронасос 25. Далее при подъеме конический участок 7 муфты отжимается пружиной 17 до упора в выступ 2 корпуса 1, перекрывая каналы 4 и прорези 10, и система переходит в исходное положение. To lift the device with the electric pump 25, it is necessary to lower the tool in a reverse sequence with the gripping device and connect them to the pin 28, after which the tool pulls to transfer fluid from the injection zone of the well to the suction zone. The liquid is drained through the bypass channels 4 of the housing 1 and the radial slots 10 to a static level. Then, by additional tensioning of the tool, it is necessary to disintegrate (release from locking) the device in the column 23. In this case, the pipe 14 compresses the spring 17 through the washer 16 through the washer 16, the washer 16 abuts the lower end of the clutch, which ensures the latter moves upward, and the slips 12 held rods 22 and leaf springs 20, move along the grooves of the dovetail 13 to the lower part of the conical section 7 of the coupling, thus coming out of engagement with the wall of the column 23, i.e. Dispersion of the device occurs. With a further rise, the toothed slips 12 are in the outer dimension of the conical section 7 of the coupling, which eliminates arbitrary locking. The fluid has the ability to flow through the channels 4 of the housing 1 and the slots 10 into the well before exiting the static level, bypassing the electric pump 25. Then, when lifting, the conical section 7 of the coupling is pressed by the spring 17 against the stop in the protrusion 2 of the housing 1, blocking the channels 4 and slots 10, and the system moves to its original position.

В случае значительного аварийного выброса песка в процессе эксплуатации надпакерная зона может быть освобождена от песка известным способом промывки. In the event of a significant emergency ejection of sand during operation, the overpacker zone can be freed from sand by a known washing method.

Проведенные испытания конструкции заявленного устройства показали (по результатам проверки на надежность и долговечность опытной партии) высокую технико-экономическую эффективность в эксплуатации и промышленную применимость. The tests of the design of the claimed device showed (according to the results of testing for reliability and durability of the experimental batch) high technical and economic efficiency in operation and industrial applicability.

Claims

1. A device for lifting liquid by a submersible electric pump along the casing of a well, comprising a hollow cylindrical body with upper and lower protrusions, a composite sleeve freely installed between the body protrusions with an upper cylindrical and lower conical sections, an elastic cuff, expandable by the pressure of the injected fluid, and a support-stop a device including gear slips, characterized in that the supporting and locking device further comprises located between the lower protrusion of the housing and the coupling a branch pipe, a washer installed on its upper end and a ring with leaf springs rigidly mounted on its inner surface, bypass channels are made on the cylindrical body, radial slots are provided on the upper cylindrical section of the coupling, gear slips are fixed on the conical section of the coupling and pivotally connected by rods to the ring, the nozzle with the washer is spring-loaded relative to the coupling, grooves are made on the cylindrical body, and vertical slots are made on the nozzle to accommodate of spring springs, the washer being able to interact with the lower end of the coupling, and the latter is fixed against rotation relative to the cylindrical body and has a mechanical seal relative to the upper protrusion of the body, the elastic cuff is fixed to the coupling, and the upper cylindrical and lower conical sections of the latter are rigidly interconnected.

2. The device according to p. 1, characterized in that the support-locking device contains at least three gear slips, and each of the groove joints of the conical section of the coupling with gear slips is made in the form of a dovetail, while the teeth of the slips have one-sided cutting.

3. The device according to p. 1, characterized in that on the inner surface of the lower conical section of the coupling, a bore is made to accommodate the spring.