EA004893B1 - Устройство, имеющее форму двойного конуса, и насос - Google Patents

Устройство, имеющее форму двойного конуса, и насос Download PDF

Info

Publication number
EA004893B1
EA004893B1 EA200300876A EA200300876A EA004893B1 EA 004893 B1 EA004893 B1 EA 004893B1 EA 200300876 A EA200300876 A EA 200300876A EA 200300876 A EA200300876 A EA 200300876A EA 004893 B1 EA004893 B1 EA 004893B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
double
cone
pump
double cone
liquid
Prior art date
Application number
EA200300876A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200300876A1 (ru
Inventor
Джон Старк
Хансйорг Вагенбах
Йорг Шар
Original Assignee
Дкт Дабл -Кон Текнолоджи Аг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дкт Дабл -Кон Текнолоджи Аг filed Critical Дкт Дабл -Кон Текнолоджи Аг
Publication of EA200300876A1 publication Critical patent/EA200300876A1/ru
Publication of EA004893B1 publication Critical patent/EA004893B1/ru

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • E21B43/121—Lifting well fluids
    • E21B43/129—Adaptations of down-hole pump systems powered by fluid supplied from outside the borehole
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/02—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid
    • F04F5/10—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid displacing liquids, e.g. containing solids, or liquids and elastic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/206—Flow affected by fluid contact, energy field or coanda effect [e.g., pure fluid device or system]
    • Y10T137/2273—Device including linearly-aligned power stream emitter and power stream collector

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Spinning Or Twisting Of Yarns (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

Улучшение эксплуатационных характеристик устройства (1), имеющего форму двойного конуса, достигается не только за счет перемещения щели или входных отверстий (22) в выходном конусе (47) на небольшое расстояние, но также за счет изменения конусности Θ(55), имеющего соответствующую форму малого диффузора, таким образом, что она становится меньше конусности Θ(109) оставшейся части (53) выходного конуса. Элементы (7, 60), имеющие форму двойного конуса, особенно те, которые оборудованы усовершенствованным диффузором, могут быть использованы для создания насосов (1, 60), таких как насосы (1), предназначенные для работы в скважинах и позволяющих откачивать жидкости с большой глубины.

Description

Данное изобретение относится к устройству, имеющему форму двойного конуса (двухконусному элементу, ДКЭ) согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения. Кроме того, согласно ограничительной части п.5 формулы изобретения данное изобретение относится к насосу, содержащему элемент, имеющий форму двойного конуса.
Проблема откачивания веществ со дна скважины, глубина которой составляет 10 и более метров, представляет огромный интерес. Многие подземные источники воды расположены на глубине порядка 20-150 м ниже уровня поверхности, что, следовательно, требует разработки нагнетательных способов выкачивания (откачивания). В нефтяной промышленности ситуация для некоторых нефтяных и газовых скважин оказывается еще более проблематичной, так как их глубина может составлять более километра.
Помимо проблемы разработки глубинных скважин, в последнее время всестороннему исследованию подвергается и другая ситуация. Эта новая проблема касается поднятия воды с очень больших глубин. Было показано, что такая вода обладает совершенно особыми свойствами и на глубине нескольких километров имеет высокое процентное содержание тяжелой воды. Этот природный запас является основным сырым (неочищенным) топливом для реакции ядерного синтеза в потоке (1ЕТ-£и8юп ргосекк).
В настоящее время существует множество предлагаемых на рынке технологий выкачивания веществ из скважин. Среди этих технологий преобладающими являются следующие три:
- использование электрического насоса, опускаемого на дно скважины;
- использование струйного насоса, опускаемого на дно скважины;
- газлифтные технологии.
Использование электрического насоса, опускаемого вниз, имеет множество недостатков. Большинство скважин обладают относительно небольшим поперечным сечением, особенно если они являются глубокими, и поэтому ротор насоса должен иметь очень маленький диаметр. Это обстоятельство в значительной степени ограничивает возможный для данного насоса вращающий момент, что лишь частично компенсируется за счет использования особых дорогостоящих материалов. Более того, перекачиваемая жидкость должна протекать через ротор, в противном случае не будет охлаждающего действия. В настоящее время единственным способом подачи питания к такому насосу является использование электрического кабеля, который должен спускаться вниз на всю глубину скважины. Следовательно, такой тип насоса может быть использован очень ограниченно в нефтяных скважинах, где условия эксплуатации на дне скважины могут включать многофазные кислотные смеси, находящиеся при высоких температурах.
Струйный насос представляет собой печально известное неэффективное устройство, не способное работать в условиях высокого противодавления. Однако он обладает тем преимуществом, что механический насос расположен на поверхности, вдали от среды, которая могла бы нанести ущерб. На нижней стороне этот насос должен создавать полное давление, необходимое для противодействия перепаду статического и динамического давления, обусловленного глубиной скважины. Для того чтобы попытаться как-то решить или смягчить проблему, связанную с необходимостью создания высокого давления, часто используют газлифтную технологию. Этот подход требует инжектирования газа на дно скважины, так что при подъеме в подающей трубе газ в некоторой степени компенсирует избыток противодавления.
Все эти технологии работают в теории, но на практике их применение сопряжено с большими проблемами и является весьма дорогостоящим.
Поэтому одной из задач данного изобретения является создание насосного устройства, позволяющего преодолеть хотя бы один из перечисленных выше недостатков.
Такое устройство описано в независимом пункте формулы изобретения. Другие пункты формулы раскрывают предпочтительные варианты выполнения и применения устройства.
Изобретение будет объяснено далее с использованием приведенных в качестве примеров вариантов осуществления изобретения со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 представлена схема конструкции насосного оборудования, в котором используется устройство с ДКЭ;
фиг. 2 представляет собой увеличенное схематическое изображение продольного сечения элемента, имеющего форму двойного конуса;
на фиг. 3 представлено поперечное сечение, проведенное по линии Ш-Ш, показанной на фиг. 1;
на фиг. 4 представлено изображение продольного сечения элемента, имеющего форму двойного конуса, показанного на фиг. 2, с характеристическими параметрами и на фиг. 5 представлен третий вариант осуществления конструкции насоса (вариант С).
Устройства с ДКЭ, используемые в настоящем изобретении, являются предметом нескольких более ранних патентов, например, СНА-669823, СН-А-671810, И8-А-4792284, ЕР-В0232391 и международной заявки РСТ/СН 99/0403, включенной в данное изобретение в виде ссылки.
Из указанных материалов известно, что устройство с ДКЭ (двухконусная технология) представляет собой эффективное устройство для создания избыточного давления, а также оно представляет собой устройство для откачивания (насос).
Однако с точки зрения требований к насосам, предназначенным для работы в скважинах, возможна проблемная ситуация при запуске, когда следовало бы ожидать, что накачиваемая жидкость будет выливаться наружу из устройства в скважину. Удивительно, но было обнаружено, что выливание останавливается через короткий промежуток времени после начала откачивания. Другими словами, устройство, имеющее форму двойного конуса (двухконусное устройство), быстро создает всасывающий эффект, перекрывающий противодавление.
Как показано на фиг. 1, устройство 1 насосного оборудования, предназначенного для работы в скважинах, содержит следующие существенные узлы: циркуляционный насос 3, систему трубопровода 4 с двойными стенками, блок открытого двойного конуса (БОДК) 7, а также конструкция может содержать сепараторный блок (сепаратор) 9. Циркуляционный насос 3 расположен на поверхности 11 в безопасном месте. Он снабжает либо внутреннюю 13, либо внешнюю 15 секцию трубопровода 4 с двойными стенками, соединяющего насос 3 с БОДК 7. Трубопровод 4 может быть жестким, полужестким или гибким. Примером последнего является пожарный шланг, расположенный внутри пожарного шланга. БОДК 7, расположенный на дне 17 скважины 19, всасывает жидкости 20 и/или газы, которые должны быть откачаны, через входное отверстие 22 в циркулирующий поток 21. Получающаяся в результате смесь проходит прямо в вытяжную часть 23 трубопровода с двойными стенками и поднимается к поверхности 11, как показано направленными вверх стрелками 25.
Эта смесь поступает в сепаратор 9 на поверхности, где жидкость-носитель отделяется и возвращается в циркуляционный насос 3 (стрелка 27).
БОДК 7 не содержит каких-либо движущихся частей. В динамическом состоянии находятся только жидкость-носитель и поступающий из скважины материал 20. В БОДК нет клапанов (затворок), и его можно запустить и остановить по желанию. Особые требования, с которыми необходимо считаться, состоят лишь в особой геометрии, а также в том, что БОДК должен быть изготовлен из соответствующих материалов, устойчивых к воздействию той окружающей среды, в которой он будет эксплуатироваться.
Совершенно особые механические свойства БОДК включают способность прекрасно работать в условиях высокого противодавления. Действительно, геометрия открытого двойного конуса может быть выбрана таким образом, чтобы он функционировал значительно более эффективно в условиях высокого противодавле ния, чем в отсутствие такового. Как видно из приведенных ниже примеров, это может быть выгодно использовано.
Можно ожидать, что в скважине глубиной один километр противодавление для жидкой среды будет превышать 100 бар. С насосом с ДКЭ, предназначенным для работы в скважинах, для создания этих 100 бар циркуляционный насос не требуется, создаваемое циркуляционным насосом давление порядка 10-20 бар таково, что нагнетание поддерживается на уровне ниже определенного придела. Недостающее давление создается БОДК, обладающим способностью превращать высокие скорости потока при малом давлении в невысокие скорости потока при высоком давлении.
Отличительные признаки насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах
Насос с ДКЭ, предназначенный для работы в скважинах, представляет собой неожиданное и удивительное усовершенствование известного насоса высокого давления с ДКЭ, раскрытого, в том числе в приведенных выше патентах и заявках на выдачу патента. Многие характеристики такого насоса высокого давления использованы в насосе, предназначенном для работы в скважинах. Ряд характерных особенностей и возможные применения насоса, предназначенного для работы в скважинах, перечислены ниже.
Характеристики насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах
Технические характеристики.
1. Откачивает газы, жидкости и суспензии, находящиеся в индивидуальном состоянии или в виде смеси.
2. Использует жидкость-носитель.
3. Для любого конкретного применения может быть выбрана оптимальная жидкостьноситель.
4. Жидкость-носитель подается циркуляционным насосом, у которого давление нагнетания может быть значительно меньше, чем давление, обусловленное глубиной скважин, в терминах статического давления.
5. Насос не выходит из строя ни в одной из следующих ситуаций:
Закрыто выходное отверстие.
Закрыто входное отверстие.
Закрыты оба отверстия, входное и выходное.
6. Погруженный в скважину БОДК может работать как при положительном, так и при отрицательном избыточном давлении, приложенном к его входному отверстию 22.
7. Насос является бестолчковым (безимпульсным).
8. Насос может работать в условиях противодействия высоким давлениям.
9. Насос может быть использован как в непрерывном, так и в периодическом режиме.
Характеристики конструкции и установки насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах.
10. БОДК 7 может быть расположен на большом расстоянии от циркуляционного насоса 3.
11. Циркуляционный насос 3 может быть расположен в безопасном месте рядом с источником питания, в то время как БОДК 7 располагают в месте, предназначенном для всасывания.
12. Суммарная эффективность насоса является возрастающей функцией давления окружающей среды и давления в системе в зоне БОДК 7.
13. При погружении БОДК на значительную глубину ниже поверхности, фиг. 1, насос с ДКЭ демонстрирует значительно больший гидравлический КПД, чем тот, который был получен при испытании БОДК на поверхности.
14. Можно перемещать широкий перечень многофазных смесей, включая любую смесь следующих компонентов:
маленькие твердые частицы;
илы (осадки, пульпы) с низкой вязкостью; жидкости;
газы.
15. Насос целиком можно установить таким образом, чтобы его можно было подвергнуть стерилизации.
Преимущества насоса с ДКЭ при многофазном откачивании.
16. Можно откачивать опасные смеси.
17. Нет необходимости пропускать опасный материал через циркуляционный насос 3, так как его можно отделить в сепараторном блоке 9, а в насос 7 возвращается только жидкость-носитель.
18. Жидкость-носитель может быть выбрана таким образом, чтобы она «нейтрализовала» или предпочтительно переносила выбранные фракции.
Принцип действия насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах Первый погружной вариант А.
Принципиальная схема работы насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах, приведена на фиг. 1. Циркуляционный насос 3 снабжает внешнюю полость трубы (трубопровода) с двойными стенками, ведущей к входу 29 открытого двойного конуса 7 (стрелки 30 на фиг. 1 и 2). При прохождении через центральную часть 31 открытого двойного конуса 7 (см. фиг. 2) создается разряжение, которое засасывает жидкость из скважины в поток носителя (стрелки 33). Эта смесь поднимается по внутренней полости 13 трубы 4 с двойными стенками и входит в сепаратор 9. После разделения жидкость-носитель возвращается в циркуляционный насос 3 и далее в цикл.
Материал, входящий в циркуляционный контур в области входа 35, т.е. через входное отверстие 22 БОДК 7, вызывает повышение давления в системе, что позволяет осуществлять подачу под давлением через выходные клапаны сепаратора 9. Эти детали (компоненты) могут быть использованы для контроля функционирования всей системы в целом.
Поток носителя через область входа 35 осуществляется посредством отверстий 37 через входную камеру, как схематически показано на фиг. 3, которая проходит через внешнюю оболочку 39 элемента 7, имеющего форму двойного конуса. Жидкость и/или газ, которая(ый) должна быть выкачана из скважины, проходит через четыре отверстия 41 во внешней оболочке 39 открытого двойного конуса в камеру всасывания 43 и уносится носителем, как только преодолевает щель (входное отверстие 22) в центральной области входа 35, находящуюся немного дальше самой узкой части прохода 45 устройства, имеющего форму двойного конуса.
В целях упрощения изложения изобретения на поперечном сечении, представленном на фиг. 3, показано расположение только четырех входных отверстий 41. Реальное число и тип отверстий могут быть выбраны в соответствии с каждой конкретной задачей.
Любой газ, вовлеченный в отрытый двойной конус 7, подвергнется сжатию в главном контуре. По мере того как газ поднимается, гидравлическое давление падает, и начинает действовать газлифтный эффект. При достижении сепаратора 9 газ или любой другой инородный материал отделяется от жидкости-носителя до ее возвращения в циркуляционный насос 3. В сепараторе также отделяется твердые вещества.
Особенности.
Одной из дающих преимущество особенностей открытого двойного конуса является то, что присущие ему требования к перепаду давления при высоких скоростях потока уменьшаются по мере увеличения давления в системе до некоторого заданного предела. Сам по себе верхний предел давления в системе является функцией скорости потока носителя и может быть повышен до очень больших значений, благодаря тому, что соблюдаются определенные геометрические параметры. В частности критичным является выбор малого выходного диффузора (распылителя), присоединенного к входному конусу. Было найдено, что при правильном выборе геометрии при работе открытого двойного конуса на глубине потребляется меньше энергии, чем при его работе на поверхности.
Область центрального отверстия трубы имеет первостепенную важность для функционирования насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах. В международной заявке РСТ/СН 99/00403 предложен новый вариант первоначального двойного конуса. Изменения значительно увеличивают длительность эксплуатации двойного конуса в экстремальных условиях. Авторы настоящего изобретения
Ί включили указанные изменения в конструкцию насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах. Схематические изображения продольного сечения, выполненного в области отверстия БОДК, приведены на фиг. 2 и 4.
Предпочтительные параметры, характеризующие элемент, имеющий форму двойного конуса, с диффузором
Диаметр отверстия 124 обозначен как б, и длина малого диффузора 125 - как Ь. Отношение Ь к б является критичным для работы устройства 7, имеющего форму двойного конуса. Ожидаемый срок службы и общая эксплуатационная характеристика улучшаются при значениях отношения Ь/б больше 0,1. По мере увеличения отношения Ь/б общий перепад давления в модифицированном устройстве 7, имеющем форму двойного конуса, уменьшается. Напротив, максимальное компрессионное давление, которое может быть достигнуто для данной скорости подающего потока, уменьшается. Оптимальный компромисс достигается при значении отношения Ь/б, близком к такому, при котором создается достаточное компрессионное давление для возможной (достижимой) скорости подающего потока.
Другие параметры для особенно предпочтительной конструкции устройства, имеющего форму двойного конуса (в основном согласно РСТ/СН 99/00403) составляют (< означает меньше или равно):
Отношение 1/б ширины отверстия щели 11 126 к диаметру отверстия б 124:
< 1/б < 6, предпочтительно 0,5 < 1/б < 4;
отношение Ό,,,/б диаметра входа ΌΙΜ 27 к диаметру отверстия б:
< Ό,,,/б. предпочтительно 5 < Ό,,,/б < 20;
отношение Ό,,,,Ή диаметра входа к диаметру отверстия б:
< □..„„/б, предпочтительно 5 < Ό,,,,,/б < 20; конусность 0! 108 входного конуса:
Θ < 01 < 10° (градусов), предпочтительно 01 < 8°, более предпочтительно 01 < 6° конусность 02 109 выходного конуса: 02 < 01.
Согласно данному изобретению особенно предпочтительными являются следующие значения: 3° < 01 < 6° и/или значение 02 находится в диапазоне от 3 до 6°.
Прямое сопоставление эксплуатационных параметров базового устройства 1, имеющего форму двойного конуса, без диффузора, в котором входное отверстие 22 расположено возле отверстия 45, и устройства 7, имеющего форму двойного конуса, с диффузором, показанным на фиг. 4, может быть получено на основании следующих результатов.
Эксплуатационный режим:
Скорость подающего потока 8 м3/ч
Скорость входящего потока 1 м3/ч
Давление в системе Р 35 бар
Наблюдение:
без диффузора: серьезное повреждение всего через 20 мин после начала испытания;
с диффузором: никаких видимых повреждений через 40 ч после начала испытания.
Помимо увеличения срока службы, использование диффузора позволяет снизить уровень эксплуатационного шума.
Согласно данному изобретению, особенно для целей использования изобретения в качестве насоса для работы в глубоких скважинах, было неожиданно обнаружено, что дальнейшее заметное улучшение может быть достигнуто при изменении конусности диффузора. Поэтому конусность 03 55 диффузора была выбрана таким образом, чтобы она была больше 0 и меньше 02 и предпочтительно находилась в диапазоне от 0,5° до менее 6°, т.е. 0<03<02. Предпочтительные диапазоны значений составляют для 02 от 3 до 6° и для 03 от 1 до 5°.
Как уже было упомянуто ранее, при изменении конусности диффузора 03 55 эксплуатационные характеристики элемента, имеющего форму двойного конуса, улучшаются, т.е. потребление электроэнергии циркуляционным насосом уменьшается.
Производительность небольшого насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах, составляет 0,5 м3/ч (кубометров в час) при работе в модельной скважине с глубиной 400 м. Тестирование проводили на воде с входным извлечением из резервуара при атмосферном давлении. Как размеры, так и эксплуатационные характеристики насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах, зависят от глубины скважины, многофазной смеси, которую надо выкачать, уровня жидкости в скважине, требуемых производительности и давления на выходе, а также от скорости потока носителя.
Согласно первому погружному варианту А фиг. 1, поток организован таким образом, чтобы он поднимался по внутренней части трубы с двойными стенками (стрелки 25). Для некоторых целей такой вариант может быть предпочтительным по сравнению с описанным далее вариантом В, согласно которому поток рабочей циркулирующей жидкости направлен в обратную сторону. Однако, вариант А сам по себе не легко приспособить для использования с гибким трубопроводом.
Погружной вариант В.
Конструкция погружного варианта В идентична варианту А, за исключением того, что поменяли местами подключения насоса с целью изменения на обратное направления циркуляции рабочей жидкости. Поэтому при описании будут даны ссылки на фиг. 1, но необходимо учитывать обратное направление циркуляции. Следовательно, поток будет идти вниз по центральной полости 13 и вверх по внешней полости 15. Такая конструкция является необходимой в том случае, если гибкий трубопровод 4 с двойными стенками не в состоянии выдерживать (служить опорой) давление открытого сечения потока, когда внешнее давление оказывает действие на трубопровод.
Если взять в качестве примера гибкий шланг, расположенный внутри гибкого шланга, можно видеть, что момент запуска окажется, вероятно, невыполнимым (невозможным), если подачу в открытый двойной конус осуществлять через внешний просвет (полость) 15. Внутренняя труба 13 захлопнулась бы под действием давления и, вероятно, не открылась бы в достаточной степени, чтобы пропустить носитель и его содержимое обратно в циркуляционный насос 3.
Основная часть (по длине) трубы 4 с двойными стенками может быть выполнена из гибкого материала, с жестким открытым двойным конусом 7, присоединенным к одному концу. Устройство целиком может быть намотано на барабан для того, чтобы облегчить работу. Во всех случаях, когда позволяет регламент, гибкому трубопроводу «придается» прочность за счет стенок скважины.
Однако стенки открытого двойного конуса должны выдерживать разницу между внутренним и внешним давлением на дне скважины.
Запуск: погружной вариант В.
Запуск насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах, после погружения открытого двойного конуса вниз в скважину на гибкой трубе с двойными стенками, является относительно простым. Циркуляционный насос запускают с использованием запаса (источника) жидкости-носителя из независимого резервуара. Насос направляет жидкость-носитель вниз через внутренний просвет 13 гибкой трубы с двойными стенками в отверстие 45 БОДК. Отверстие 45 имеет значительно меньшее сечение, чем внутренний просвет, и, следовательно, жидкость будет просачиваться в скважину значительно медленнее, чем она прибывает в нижнюю трубу. Как только комбинация статического давления (столба жидкости) и давления насоса достигают достаточного уровня, жидкостьноситель в виде струи поступает через отверстие 22 в выходной конус. В то же самое время начинается засасывание в области входа 35. По мере того как жидкость-носитель заполняет внешний просвет 15 гибкой трубы и поднимается к поверхности, противодавление на открытый двойной конус 7 возрастает. Этот эффект способствует снижению перепада давления на БОДК, высвобождая больше давления для увеличения скорости потока носителя.
Обычно время от начала запуска до выхода циркуляции на стационар невелико. В небольших по глубине скважинах оно составляет порядка секунд, а в глубоких - несколько минут.
Остановка: погружной вариант В.
Остановка насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах, требует лишь выключения циркуляционного насоса 3. При этом жидкость-носитель в гибком трубопроводе 4 с двойными стенками стремится стечь вниз в скважину, но в большинстве случаев это не должно вызвать никаких чрезмерных осложнений. Вытекание жидкости-носителя в скважину может быть снижено путем введения клапанов в трубопровод для подачи и возвращения (слива) в районе сепаратора 9.
Деблокирование БОДК.
Материал, засасывающийся в открытый двойной конус 7, может периодически блокировать этот узел. Одна возможность устранения неполадки состоит в изменении направления потока, попадающего в открытый двойной конус 7, на противоположное. Это создаст высокое давление в области входа 29, стремящееся удалить блокирующий материал. Как только давление подачи заметно падает, направление подающего потока можно вернуть в нормальную сторону. Высокое давление, создаваемое за счет инверсии направления потока через открытый двойной конус 7, обеспечивается асимметричной геометрией, показанной на фиг. 2.
Насос с ДКЭ, предназначенный для работы в скважинах, погружной вариант С.
Погружной вариант С 60, показанный на фиг. 5, позволяет осуществлять непрерывное откачивание жидкости 62 с большой глубины. Эта конкретная конструкция является исключительно эффективной и, будучи таковой, способна откачивать большие объемы жидкости, используя БОДК 7 относительно небольшого размера.
Как уже упоминалось выше, чем выше давление в системе и прикладываемое давление на входе, тем больше циркулирующей жидкости при данном перепаде давления пройдет через БОДК 7. На глубине 1000 м ниже поверхности давление в системе будет превышать 100 бар в динамических условиях при прикладываемом давлении на входе 100 бар. Для таких условий должен быть предусмотрен особенно эффективный открытый двойной конус 7.
Демонстрационный вариант такого насоса был протестирован на озере Тун (ТБии) в Швейцарии на глубине 40 м. Эксперимент не только подтвердил принцип, но также продемонстрировал перспективы промышленного использования.
Погружной вариант С: вспомогательная флотация.
К погруженному объекту может быть спущена и присоединена отдельная труба небольшого диаметра. Используя погружной вариант С, насос с ДКЭ, предназначенный для работы в скважинах, можно спустить и присоединить к погруженному объекту, несущему трубу небольшого диаметра, чтобы таким образом извлечь воду. При эксплуатации насоса, предна11 значенного для работы в скважинах, воздух будет постепенно опускать трубу небольшого диаметра и заполнит погруженный объект, вокруг которого (в котором) постепенно происходит разрежение (вакуумирование). Через некоторое время увеличившийся объем вытесненной жидкости приведет к всплытию (подъему) погруженного объекта к поверхности в управляемом режиме.
Возможная остановка, все варианты.
Возможная остановка с минимальной потерей циркулирующей жидкости или вообще без потерь может быть осуществлена просто путем уменьшения подводимой мощности циркуляционного насоса и/или путем перекрывания выходных клапанов 36. Естественно, что как только выходные клапаны 36 будут перекрыты, в контуре будет постепенно развиваться значительное избыточное давление до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.
Общий вид и типичные размеры БОДК.
Открытый двойной конус имеет форму цилиндра с отверстиями, помещенными на окружности, расположенной примерно на середине оси цилиндра. На одном конце цилиндра предусмотрено присоединение к трубопроводу 4, другой конец цилиндра имеет заглушку. Типичные размеры открытого двойного конуса для скважины небольшого диаметра составляют: длина
150 см, диаметр внешнего сечения 100 мм.
Предпочтительно, заглушка нижнего конца элемента 7, имеющего форму двойного конуса, представляет собой просто плоский диск. Было обнаружено, что форма, способствующая отражению циркуляционного потока, только ухудшает эксплуатационные характеристики. Однако этот факт полностью не исключает использование других приспособлений для закрывания БОДК.
Проектируемые рабочие характеристики небольшого насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах.
Учитывая, что доступ к источнику, находящемуся на глубине 400 м, можно получить с помощью буровой скважины диаметром 110 мм, разумно использовать открытый двойной конус с внешним диаметром 100 мм и длиной порядка 150 см. Внутри внешней оболочки открытого двойного конуса можно предусмотреть ряд отдельных внутренних геометрических конфигураций. Ниже, в таблице суммированы результаты теоретического прогноза эксплуатационных характеристик для трех различных геометрических конфигураций, различающихся величиной отношения Б/б.
Сравнение эксплуатационных характеристик трех БОДК с различными значениями отношения Б/б, которые помещены внутрь одинаковых цилиндрических оболочек (внешние размеры: 150 см в длину, диаметр 100 мм)
Г еометрня БОДК Жидкость доставляется к поверхности с глубины 400 м. Скорость потока носителя Требуемое давление подачи насоса Гндравлический кпд насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах
Тип Л/сек баррель/ день л/сек Бар %
1 1.05 571 15.6 11.2 24.2
1 1.54 838 17.2 12.2 29.4
1 2.13 1157 20.2 13.8 30.6
2 1.05 571 16.5 8.4 30.4
2 1.56 847 18.6 9.3 35.9
2 2.01 1092 21.3 10.4 36.2
3 1.14 619 17.5 8.5 30.6
3 1.56 847 18.4 9.0 37.4
3 2.03 1104 20.1 9.8 41.3
Представленные теоретические результаты не являются лучшими примерами. Они включены лишь для того, чтобы обозначить некоторый диапазон рабочих (эксплуатационных) характеристик типичного небольшого насоса с ДКЭ, предназначенного для работы в скважинах. Гидравлический КПД можно значительно повысить по сравнению с максимальным значением, приведенным в таблице. Однако зачастую, когда необходимо учитывать сложные условия, другие критерии будут являться более важными, чем эффективность (КПД). Энергетические потребности для приведения в действие циркуляционного насоса в наименее эффективной ситуации, описанной ранее, составляют менее 1 барреля нефти в день. На самом деле, приведенная эффективность значительно превышает эффективность самых лучших струйных насосов.
Основываясь на приведенном выше описании, специалисты могут представить варианты, не выходящие за рамки изобретения, изложен13 ного в его формуле. Например, можно представить следующее:
- вместо улучшенного устройства, имеющего форму двойного конуса, можно использовать простое устройство, имеющее форму двойного конуса, т.е. устройство с входными отверстиями 22, расположенными в самом узком месте устройства;
- для подачи и отсасывания циркуляционной жидкости могут быть использованы отдельные трубы, например, путем создания наклона или, в экстремальном случае, путем горизонтального расположения элемента, имеющего форму двойного конуса;
- виртуальное продолжение выходного конуса может точно не совпадать с окружностью отверстия (45) устройства, имеющего форму двойного конуса, а может иметь в месте соприкосновения с плоскостью 31 больший или меньший диаметр.

Claims (8)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Устройство, имеющее форму двойного конуса (7), для создания разности давления в жидкости, проникающей в устройство, содержащее следующие существенные узлы: входной элемент (29) и выходной элемент (47), каждый из которых является полым и имеет форму усеченного конуса, причем входной элемент (29) и выходной элемент (47) соединены соответствующими начальными первыми концами, имеющими небольшой диаметр, создавая отверстие (45), отличающееся тем, что в выходном элементе на расстоянии от его первого конца находится по крайней мере одно первое входное отверстие (22), так что между входным отверстием (22) и первым концом выходного элемента находится секция диффузора (49) с увеличивающейся поперечной и эффективной длиной Ь для снижения шума и/или износа устройства, причем секция диффузора имеет конусность, меньшую конусности выходного конуса.
  2. 2. Устройство (7), имеющее форму двойного конуса, по п.1, отличающееся тем, что конусность выходного конуса больше 0° и не превышает 10°, предпочтительно меньше 8°, еще более предпочтительно - находится в диапазоне от 3 до 6°.
  3. 3. Устройство (7), имеющее форму двойного конуса, по п.1 или 2, отличающееся тем, что конусность секции диффузора (49) больше 0° и предпочтительно находится в диапазоне от 1 до 5°.
  4. 4. Устройство (7), имеющее форму двойного конуса, по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что стенка устройства содержит по крайней мере один канал (37), причем устройство закрыто с первого его конца, канал (37) содержит отверстие в первом конце и во втором конце устройства, так что жидкость может продвигаться через канал (37) в сторону закрытого конца или от него, а трубопроводы для слива и подачи могут быть присоединены ко второму концу устройства, причем один к каналу (37), а другой ко второму концу входного или выходного элемента устройства.
  5. 5. Насос (1, 60) для откачивания жидкостей и газов с больших глубин, предпочтительно со дна скважин, таких как нефтяные скважины, отличающийся наличием контура для рабочей жидкости, причем контур содержит трубопровод для подачи, трубопровод для слива, циркуляционный насос (3), элемент (7), имеющий форму двойного конуса, и средства (36) для удаления накачанной жидкости, соединенные таким образом, чтобы циркулирующая жидкость могла проходить через насосное устройство (3), трубопровод для подачи, элемент, имеющий форму двойного конуса, трубопровод для слива и насосное устройство (3), причем средства (36) для удаления накачанной жидкости установлены внутри одного из указанных трубопроводов таким образом, что перекачиваемая жидкость, введенная посредством двойного конуса в поток циркулирующей жидкости, может быть выведена с помощью средств для удаления жидкости (36).
  6. 6. Насос (1, 60) по п.5, содержащий устройство (7), имеющее форму двойного конуса, отличающийся тем, что данное устройство (7) содержит следующие существенные узлы: входной элемент (29) и выходной элемент (47), каждый из которых имеет форму полого усеченного конуса, при этом входной элемент (29) и выходной элемент (47) соединены соответствующими первыми концами, имеющими небольшой диаметр, создавая отверстие (45), отличающийся тем, что в выходном элементе на расстоянии от его первого конца находится по крайней мере одно первое входное отверстие (22), так что между входным отверстием (22) и первым концом выходного элемента находится секция (49) с увеличивающейся поперечной и эффективной длиной Ь для снижения шума и/или износа устройства, имеющего форму двойного конуса.
  7. 7. Насос (1, 60) по п.6, содержащий устройство (7), имеющее форму двойного конуса, по одному из пп.1-4.
  8. 8. Применение насоса (1, 60) по одному из пп.5-7 для поднятия объектов, погруженных в жидкость, отличающееся тем, что жидкость откачивают из объектов с помощью насосного устройства и с помощью дополнительного трубопровода к объекту подают среду с меньшим удельным весом, предпочтительно газ, так что среда занимает объем откачанной жидкости, и перемещение затонувшего объекта облегчается.
EA200300876A 2001-03-16 2002-03-05 Устройство, имеющее форму двойного конуса, и насос EA004893B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP01810262A EP1243748A1 (en) 2001-03-16 2001-03-16 Double-cone device and pump
PCT/CH2002/000134 WO2002075109A1 (en) 2001-03-16 2002-03-05 Double-cone device and pump

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200300876A1 EA200300876A1 (ru) 2004-04-29
EA004893B1 true EA004893B1 (ru) 2004-08-26

Family

ID=8183794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200300876A EA004893B1 (ru) 2001-03-16 2002-03-05 Устройство, имеющее форму двойного конуса, и насос

Country Status (17)

Country Link
US (1) US7077207B2 (ru)
EP (2) EP1243748A1 (ru)
CN (1) CN1292146C (ru)
AT (1) ATE334295T1 (ru)
AU (1) AU2002233105B2 (ru)
BR (1) BR0208073A (ru)
CA (1) CA2440894C (ru)
CY (1) CY1105733T1 (ru)
DE (1) DE60213477T2 (ru)
DK (1) DK1483478T3 (ru)
EA (1) EA004893B1 (ru)
ES (1) ES2267973T3 (ru)
IL (1) IL157853A0 (ru)
MX (1) MXPA03008212A (ru)
NO (1) NO20034088L (ru)
PT (1) PT1483478E (ru)
WO (1) WO2002075109A1 (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1243748A1 (en) * 2001-03-16 2002-09-25 DCT Double-Cone Technology AG Double-cone device and pump
EP1440221B1 (en) * 2001-10-11 2005-12-07 Weatherford/Lamb, Inc. Combination well kick off and gas lift booster unit
CA2525680C (en) * 2003-06-20 2010-11-23 Dct Double-Cone Technology Ag Double cone for generation of a pressure difference
DK1651567T3 (da) 2003-07-22 2008-01-28 Dct Double Cone Technology Ag Integreret vanddekontamineringsanlæg og bröndpumpearrangement
US7073597B2 (en) * 2003-09-10 2006-07-11 Williams Danny T Downhole draw down pump and method
US8118103B2 (en) * 2003-09-10 2012-02-21 Williams Danny T Downhole draw-down pump and method
DE10350226B4 (de) * 2003-10-27 2005-11-24 Joh. Heinr. Bornemann Gmbh Verfahren zur Förderung von Multiphasengemischen sowie Pumpenanlage
US9334880B1 (en) 2011-12-20 2016-05-10 Fol-Da-Tank Company Reversible inline jet siphon
US9122446B2 (en) 2012-05-30 2015-09-01 Apple Inc. Antenna structures in electronic devices with hinged enclosures
US9739284B2 (en) * 2013-11-19 2017-08-22 Charles Wayne Zimmerman Two piece impeller centrifugal pump
CN107989580B (zh) * 2016-10-27 2024-04-16 中国石油化工股份有限公司 一种偏心射流举升装置和方法
WO2019018781A1 (en) * 2017-07-21 2019-01-24 Forum Us, Inc. APPARATUS AND METHOD FOR REGULATING A FLOW FROM A GEOLOGICAL FORMATION
CN108187273A (zh) * 2017-12-27 2018-06-22 中国矿业大学 一种用于微量稳定添加的空化混合器
US11008848B1 (en) 2019-11-08 2021-05-18 Forum Us, Inc. Apparatus and methods for regulating flow from a geological formation
CN115680577B (zh) * 2022-11-07 2023-08-04 西南石油大学 一种井下同心管水力举升泵

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4603735A (en) * 1984-10-17 1986-08-05 New Pro Technology, Inc. Down the hole reverse up flow jet pump
AU588624B2 (en) 1985-09-21 1989-09-21 Paul Werner Straub Process and device for creating and exploiting a pressure differential and its technical application thereof
CH671810A5 (en) 1986-07-03 1989-09-29 Paul Werner Straub Generating and utilising pressure difference
CH669823A5 (en) 1985-09-21 1989-04-14 Paul Werner Straub Generating and utilising pressure difference
US5488993A (en) * 1994-08-19 1996-02-06 Hershberger; Michael D. Artificial lift system
CA2391835C (en) * 1999-08-31 2007-05-22 Dct Double-Cone Technology Ag Double cone for generation of a pressure difference
EP1243748A1 (en) * 2001-03-16 2002-09-25 DCT Double-Cone Technology AG Double-cone device and pump

Also Published As

Publication number Publication date
NO20034088D0 (no) 2003-09-15
PT1483478E (pt) 2006-12-29
CA2440894A1 (en) 2002-09-26
ES2267973T3 (es) 2007-03-16
DE60213477D1 (de) 2006-09-07
CN1498303A (zh) 2004-05-19
EP1243748A1 (en) 2002-09-25
NO20034088L (no) 2003-11-14
ATE334295T1 (de) 2006-08-15
MXPA03008212A (es) 2004-11-12
DE60213477T2 (de) 2007-02-08
CA2440894C (en) 2010-07-13
IL157853A0 (en) 2004-03-28
DK1483478T3 (da) 2006-11-20
EA200300876A1 (ru) 2004-04-29
US7077207B2 (en) 2006-07-18
BR0208073A (pt) 2004-03-02
US20040104023A1 (en) 2004-06-03
EP1483478B1 (en) 2006-07-26
EP1483478A1 (en) 2004-12-08
CY1105733T1 (el) 2010-12-22
CN1292146C (zh) 2006-12-27
AU2002233105B2 (en) 2007-08-30
WO2002075109A1 (en) 2002-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA004893B1 (ru) Устройство, имеющее форму двойного конуса, и насос
US6409478B1 (en) Vacuum-assisted pump
RU2496002C2 (ru) Устройство отделения и собирания текучей среды, захваченной в газе из резервуара
US4934914A (en) Portable motor pump
US9261091B2 (en) Coaxial pumping apparatus with internal power fluid column
AU2002233105A1 (en) Double-cone device and pump
RU2201535C2 (ru) Установка для откачивания двухфазной газожидкостной смеси из скважины
KR101407653B1 (ko) 흡입조건 및 효율을 증대시키는 부양탱크를 구비한 펌프
AU2009238321A1 (en) An Improved Pump System
EP1268972B1 (en) Pressure boost pump
JP5350568B1 (ja) 揚水システム
KR20120016284A (ko) 수중 펌프에 적합한 탱크 장치
KR101133040B1 (ko) 그리스 공급장치용 펌프
JP2004027960A (ja) 起動時吐出性能を改善した浸漬式ポンプ
CN117469179B (zh) 一种适应不同深度工况的渣浆泵
KR100503524B1 (ko) 반도체 장치 제조용 케미컬 혼합 용기 및 케미컬 혼합 공급장치
JP2014015937A6 (ja) 揚水システム
RU2066001C1 (ru) Эрлифтное устройство
CN205388021U (zh) 一种具有浮动液泵稳定机构的储液池
RU9027U1 (ru) Турбогазлифтная насосная установка
CN102261337B (zh) 高效节能组合式自吸泵
CN113684918A (zh) 一种污水池自吸泵装置及其污水池自吸方法
CN110541961A (zh) 内置式液位控制器及其液位控制***
JP2006342752A (ja) 自吸式ポンプ
JP2002089497A (ja) 気液混相流による気体圧縮装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU