Насосная установка для подъема жидкости из нефтяной скважины

 

Насосная установка предназначена для подъема жидкости из нефтяной скважины, позволяет более эффективно эксплуатировать нефтяные скважины с высоким газонефтяным фактором и низким динамическим уровнем, где существующие насосные установки работают с низким КПД. Насосная установка содержит цилиндр с нижним всасывающим клапаном, расположенным в нижней части и соосно с цилиндром. Средний всасывающий клапан расположен выше нижнего и эксцентрично оси цилиндра. Верхний всасывающий клапан расположен выше и соосно со средним всасывающим клапаном. Приемная камера низкого давления расположена у входа нижнего всасывающего клапана, верхняя часть которой связана со средним всасывающим клапаном соединительной трубой. Установка снабжена дополнительной приемной камерой высокого давления, расположенной ниже приемной камеры низкого давления и соединенной с ней посредством лифтовых труб. Верхняя часть приемной камеры высокого давления связана со скважиной через выпускной клапан. 1 ил.

Техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения рабочих дебитов нефтяных скважин, особенно более высокий эффект может быть достигнут на скважинах с высоким газонефтяным фактором и низким динамическим уровнем.

Известен ряд конструкций глубинных штанговых насосов, предназначенных для откачки газожидкостных смесей из нефтяной скважины. Одна из наиболее распространенных конструкций - это конструкция насоса со ступенчатым сжатием газонефтяной смеси внутри цилиндра, разделенного дифференциальным плунжером на две части, где нижняя часть представляет собой ступень низкого давления, а верхняя часть - ступень высокого давления (Муравьев И.М. и др. Насосная эксплуатация скважин за рубежом. - М.: Недра, 1967, с.55-62, рис. 45а).

К однокамерным насосам с одноступенчатым сжатием газожидкостной смеси в цилиндре относятся ряд конструкций.

Во-первых, это глубинный штанговый насос с эксцентрично расположенным всасывающим клапаном (SU, авт.свид. N 545769, кл. F 04 В 47/02, 1977). За счет конструктивной особенности исключается влияние мертвой зоны цилиндра на работу насоса, что обеспечивает высокий КПД при откачке газожидкостных смесей. Во-вторых, это глубинный штанговый насос с нижним и верхним всасывающими клапанами, причем верхний всасывающий клапан расположен эксцентрично оси цилиндра (SU, авт. свид. N 1323743, кл. F 04 В 47/02, 1987). В практике нефтедобычи данная конструкция предназначена для откачки обводненной продукции из нефтяных скважин. Это техническое решение является наиболее близким к предлагаемому.

Задача изобретения - создание устройства для подъема жидкости на поверхность, которое за счет более высокой концентрации свободного газа в полости цилиндра позволит использовать более эффективно энергию попутного газа и тем самым снизить энергозатраты на подъем жидкости.

Поставленная задача решается за счет того, что насосная установка, содержащая цилиндр с тремя всасывающими клапанами (нижним, средним, верхним) и приемную камеру низкого давления, снабжена дополнительно приемной камерой высокого давления, расположенной под камерой низкого давления, связанной с ней лифтовыми трубами, причем верхняя часть приемной камеры высокого давления соединена со скважиной через выпускной клапан.

На чертеже изображена схема насосной установки для подъема жидкости из нефтяной скважины, где цилиндр 1 снабжен плунжер 2 с нагнетательным клапаном 6, нижним всасывающим клапаном 3, расположенным на оси цилиндра 1, средним всасывающим клапаном 4, расположенным выше и эксцентрично оси цилиндра 1, верхним всасывающим клапаном 5, расположенным выше и соосно со средним всасывающим клапаном 4. К цилиндру 1 снизу присоединена приемная камера низкого давления 7, верхняя часть которой, в свою очередь, соединена со средним всасывающим клапаном 4 соединительной трубой 8. Под камерой низкого давления 7 расположена приемная камера высокого давления 9, соединенная с приемной камерой низкого давления 7 лифтовыми трубами 11, причем верхняя часть приемной камеры высокого давления 9 связана со скважиной через выпускной клапан 10.

Работа насосной установки для подъема жидкости из нефтяной скважины осуществляется следующим образом.

Допустим, что плунжер 2 находится в крайнем нижнем положении, т.е. ниже плунжера 2 располагается мертвая зона цилиндра 1, где находится нефть без газа, причем давление в этой части цилиндра 1 равно давлению на выходе насоса. При ходе плунжера 2 вверх нагнетательный клапан 6 закрывается, и давление в цилиндре 1 начнет снижаться. Поскольку под плунжером 2 располагается нефть без газа, то при движении плунжера 2 вверх давление в цилиндре 1 мгновенно упадет до давления на приеме нижнего всасывающего клапана 3. Нижний всасывающий клапан 3 откроется, и нефть из приемной камеры низкого давления 7 начнет поступать в цилиндр 1. Подача нефти из приемной камеры низкого давления 7 в цилиндр 1 осуществляется по специальному каналу, а газ по соединительной трубе 8 поступает на прием среднего всасывающего клапана 4. Процесс заполнения цилиндра 1 нефтью будет продолжаться до тех пор, пока нижний торец плунжера 2 не поднимется до места расположения среднего всасывающего клапана 4. В этот момент в приемную камеру низкого давления 7 будет поступать нефть с газом из лифтовых труб 11, которая при повороте струи потока на 180^o будет освобождаться от попутного газа. Такой же процесс происходит и в приемной камере высокого давления 9, где поступаемая из скважины газированная нефть освобождается от свободного газа, причем нефть из приемной камеры высокого давления 9 будет направляться в лифтовые трубы 11, а газ через выпускной клапан 10 будет поступать в затрубное пространство скважины.

В момент, когда нижний торец плунжера 2 достигнет места установки среднего всасывающего клапана 4, откроется средний всасывающий клапан 4, и в цилиндр 1 начнет поступать газ из верхней части приемной камеры низкого давления 7. При этом давление в цилиндре 1 возрастет на определенную величину и нижний всасывающий клапан 3 закроется. Поступление газа в цилиндр 1 из приемной камеры низкого давления 7 будет продолжаться до тех пор, пока нижний торец плунжера 2 не поднимется до места расположения верхнего всасывающего клапана 5. В этот момент всасывающий клапан 5 откроется и газ из затрубного пространства скважины начнет поступать в цилиндр 1, при этом давление в цилиндре 1 возрастет на некоторую величину и средний всасывающий клапан 4 закроется. Поступление газа в цилиндр 1 из затрубного пространства скважины будет до тех пор, пока плунжер 2 не займет крайнее верхнее положение.

При крайнем верхнем положении плунжера 2 верхняя и средняя части цилиндра 1 будут заполнены газом, нижняя - нефтью. Линия раздела - это место установки среднего всасывающего клапана 4.

При ходе плунжера 2 вниз верхний всасывающий клапан 5 закроется, и давление в цилиндре 1 начнет подниматься. В момент равенства давлений над и под плунжером 2 откроется нагнетательный клапан 6, и газ начнет поступать в полость лифтовых труб 11.

Поступление газа в лифтовые трубы 11 будет продолжаться до тех пор, пока плунжер 2 не достигнет линии раздела жидкости и газа в цилиндре 1. В дальнейшем при перемещении плунжера 2 вниз в лифтовые трубы 11 будет поступать нефть. Этот процесс будет продолжаться до того момента, когда плунжер 2 не достигнет крайнего нижнего положения.

При ходе плунжера 2 вверх цикл работы данной установки повторяется.

Формула изобретения

Насосная установка для подъема жидкости из нефтяной скважины, содержащая лифтовые трубы, цилиндр с нижним всасывающим клапаном, эксцентрично расположенный средний всасывающий клапан и приемную камеру низкого давления, отличающаяся тем, что цилиндр дополнительно снабжен верхним всасывающим клапаном, расположенным выше и соосно со средним всасывающим клапаном и приемной камерой высокого давления, расположенной под камерой низкого давления, связанной с ней лифтовыми трубами, причем верхняя часть приемной камеры высокого давления соединена со скважиной через выпускной клапан.

РИСУНКИ

Рисунок 1