Устройство, имеющее форму двойного конуса, и насос

Номер патента: 4893

Опубликовано: 26.08.2004

Авторы: Старк Джон, Вагенбах Хансйорг, Шар Йорг

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

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 L для снижения шума и/или износа устройства, причем секция диффузора имеет конусность, меньшую конусности выходного конуса.

2. Устройство (7), имеющее форму двойного конуса, по п.1, отличающееся тем, что конусность выходного конуса больше 0ш и не превышает 10ш, предпочтительно меньше 8ш, еще более предпочтительно - находится в диапазоне от 3 до 6ш.

3. Устройство (7), имеющее форму двойного конуса, по п.1 или 2, отличающееся тем, что конусность секции диффузора (49) больше 0ш и предпочтительно находится в диапазоне от 1 до 5ш.

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. 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. 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 L для снижения шума и/или износа устройства, имеющего форму двойного конуса.

7. Насос (1, 60) по п.6, содержащий устройство (7), имеющее форму двойного конуса, по одному из пп.1-4.

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.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

1 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 (JET-fusion process). В настоящее время существует множество предлагаемых на рынке технологий выкачивания веществ из скважин. Среди этих технологий преобладающими являются следующие три:- 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 2 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 III-III, 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, US-A-4792284, ЕР-В 0232391 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 3 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 004893 4 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. 5 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 6 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 7 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 d, и длина малого диффузора 125 - как L. Отношение L к d является критичным для работы устройства 7, имеющего форму двойного конуса. Ожидаемый срок службы и общая эксплуатационная характеристика улучшаются при значениях отношения L/d больше 0,1. По мере увеличения отношения L/d 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 L/d, 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 h/d ширины отверстия щели h 126 к диаметру отверстия d 124: 0h/d6, предпочтительно 0,5h/d4; отношение Din/d диаметра входа Din 27 к диаметру отверстия d: 2Din/d, предпочтительно 5Din/d20; отношение Dout/d диаметра входа Dout к диаметру отверстия d: 2DOut/d, предпочтительно 5Dout/d20; конусность 1 108 входного конуса:110 (градусов), предпочтительно 18, более предпочтительно 16 конусность 2 109 выходного конуса:21. Согласно данному изобретению особенно предпочтительными являются следующие значения: 316 и/или значение 2 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 м 3/ч Скорость входящего потока 1 м 3/ч Давление в системе Р 35 бар 8 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 3 55 диффузора была выбрана таким образом, чтобы она была больше 0 и меньше 2 и предпочтительно находилась в диапазоне от 0,5 до менее 6, т.е. 032. Предпочтительные диапазоны значений составляют для 2 от 3 до 6 и для 3 от 1 до 5. Как уже было упомянуто ранее, при изменении конусности диффузора 3 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 м 3/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 9 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 3 запускают с использованием запаса (источника) жидкости-носителя из независимого резервуара. Насос направляет жидкость-носитель вниз через внутренний просвет 13 гибкой трубы 4 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. 10 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 (Thun) 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, предна 11 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 сква 004893 12 жины 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 L/d. Сравнение эксплуатационных характеристик трех БОДК с различными значениями отношения L/d,которые помещены внутрь одинаковых цилиндрических оболочек 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, изложен 13 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. 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 L для снижения шума и/или износа устройства,причем секция диффузора имеет конусность,меньшую конусности выходного конуса. 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. 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. 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 14 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. 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. 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 L для снижения шума и/или износа устройства, имеющего форму двойного конуса. 7. Насос (1, 60) по п.6, содержащий устройство (7), имеющее форму двойного конуса,по одному из пп.1-4. 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.

МПК / Метки

МПК: E21B 43/12, F04F 5/44

Метки: двойного, имеющее, устройство, форму, конуса, насос

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/9-4893-ustrojjstvo-imeyushhee-formu-dvojjnogo-konusa-i-nasos.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство, имеющее форму двойного конуса, и насос</a>

Похожие патенты