Штанговая насосная установка

 

Установка предназначена для использования в технике для добычи нефти и позволяет производить подъем газожидкостной смеси из скважин, оборудованных вставными и невставными штанговыми насосными установками. Плунжер насоса выполнен длиной, большей длины его хода. В цилиндре выполнены боковые окна. Они имеют возможность взаимодействия с плунжером и размещены между нагнетательным и всасывающим клапанами со стороны нагнетательного клапана при его наиболее удаленном от всасывающего клапана положении. Упрощается конструкция, увеличиваются надежность и долговечность. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Разработка относится к технике для добычи нефти и позволяет производить подъем газожидкостной смеси из скважин, оборудованных как вставными, так и невставными штанговыми насосными установками.

Известна штанговая насосная установка (аналог - см. патент РФ N 2125663, кл. F 04 B 47/02, 1999).

Недостатком этой установки являются громоздкость конструкции и сложность производства спуско-подъемных работ, обусловленные наличием телескопического кожуха.

Известна также глубинно-насосная установка (прототип - см. патент США N 4219311, зарегистрированный в бюро патентов США).

К недостаткам этой установки относится то, что ее невозможно использовать с невставными штанговыми насосами и вставными насосами с верхней замковой опорой (это обусловлено конструкцией установки), а также сложность конструкции и ее низкая надежность, обусловленные наличием дополнительных трущихся пар, камер и клапанов, а также необходимость местного снижения сечения (ослабления) штока плунжера.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, - упрощение конструкции, увеличение надежности и долговечности и расширение функциональных возможностей.

Указанный результат достигается тем, что в предложенной штанговой насосной установке, содержащей колонны насосных труб и штанг, штанговый насос с цилиндром, имеющим боковые окна, плунжером, всасывающим и нагнетательным клапанами, плунжер выполнен длиной, большей длины его хода, а окна выполнены с возможностью взаимодействия с плунжером и размещены между нагнетательным и всасывающим клапанами со стороны нагнетательного клапана при его наиболее удаленном от всасывающего клапана положении.

На фиг. 1 изображена штанговая насосная установка при нижнем положении цельного плунжера.

Штанговая насосная установка содержит колонны насосных труб 1 и штанг 2, штанговый насос с цилиндром 3, имеющим боковые окна 4, плунжером 5, всасывающим клапаном 6 и нагнетательным клапаном 7. Штанговая насосная установка размещена в пространстве скважины 8.

На фиг. 2 изображена штанговая насосная установка при нижнем положении сборного плунжера, состоящего из двух соосных плунжеров 9, 10, гидравлически связанных соединительным патрубком 11.

На фиг. 3 изображена штанговая насосная установка при верхнем положении плунжера с открытыми окнами 4.

На фиг. 4 изображена штанговая насосная установка при верхнем положении плунжера с окном 12 в форме щели переменного сечения. Кроме этого, на свободном конце цилиндра 3 установлена заглушка 13.

Установка работает следующим образом. На насосных трубах 1 (см. фиг. 1, 2, 3, 4) обычным способом производят спуск цилиндра 3, имеющего боковые окна 4, штангового насоса (или замковой опоры - для вставного штангового насоса), затем обычным способом спускают на колонне штанг 2 плунжер 5 (или вставной штанговый насос). Далее производят подгонку плунжера таким образом, чтобы при его верхнем рабочем положении были открыты окна 4 (12), и запускают установку в работу.

При перемещении плунжера 5 (фиг. 1) из крайнего нижнего положения вверх происходит процесс всасывания газожидкостной смеси из пространства скважины 8 через всасывающий клапан 6 в полость цилиндра 3 и активная дегазация смеси; газ, как наиболее легкий, заполняет полость цилиндра 3 непосредственно под плунжером 5. При достижении плунжером крайнего верхнего положения (см. фиг. 3) он кратковременно останавливается (в силу знакопеременности его движения), происходит уравновешивание давления в полости цилиндра 3 с давлением в пространстве скважины в области размещения цилиндра (или с давлением в полости насосных труб для вставных насосов с нижней замковой опорой) ввиду наличия свободного сообщения через окна 4. В начале хода плунжера 5 вниз свободный газ из под него вытесняется через окна 4 в пространство скважины 8 (или в полость насосных труб 1 - для вставных насосов с нижней замковой опорой), откуда обычным способом извлекается на поверхность. При дальнейшем движении плунжера 5 вниз после перекрытия им окон 4 давление в цилиндре 3 под плунжером 5 повышается, нагнетательный клапан 7 открывается и жидкость через него поступает в полость насосных труб 1.

С целью удешевления изготовления плунжер может быть выполнен составным (см. п. 2 формулы изобретения и фиг. 2) и содержать два соосных плунжера 9, 10, гидравлически соединенных патрубком 11. При этом, чтобы исключить непроизводительные перетоки через окна 4, расстояние между плунжерами 9 и 10 делают меньшим, чем расстояние от боковых окон 4 до конца цилиндра 3, связанного с колонной насосных труб 1.

При небольшом газосодержании в смеси окна 4 (см. п. 3 формулы изобретения и фиг. 3) могут быть перекрыты, например, посредством резьбовых заглушек (на фиг. не показаны). С целью сглаживания нагрузок в конце хода плунжера 5 вверх и в начало его хода вниз окно выполняют, например, в форме щели (см. п. 4 формулы изобретения), причем щель 12 может быть переменного сечения (см. п. 5 формулы изобретения и фиг. 4).

С целью упрощения конструкции (для невставных насосов и вставных с верхней замковой опорой) вместо всасывающего клапана 6 (фиг. 3) устанавливают заглушку 13 (см. п. 6 формулы изобретения и фиг. 4). При этом функции всасывающего клапана выполняет пара цилиндр 3 - плунжер 5 в зоне взаимодействия плунжера 5 с окнами 4. Процесс происходит следующим образом (см. фиг. 4). При ходе плунжера 5 вниз свободный газ из под него вытесняется через окно 12 (или окно 4, фиг. 3) в пространство скважины 8, откуда обычным способом извлекается на поверхность. При дальнейшем движении плунжера 5 вниз после перекрытия им окон 12 давление в цилиндре 3 под плунжером 5 повышается, нагнетательный клапан 7 открывается и жидкость через него поступает в полость насосных труб 1. При ходе плунжера 5 вверх в полости цилиндра 3 происходит незначительное (ввиду наличия в нижней части цилиндра газожидкостной смеси) снижение давления. При достижении нижней частью плунжера положения, при котором окно 12 открывается, происходит поступление газожидкостной смеси из пространства скважины 8 через окно 12 в полость цилиндра 3, смесь дегазируется, цилиндр 3 заполняется, при этом свободный газ, как наиболее легкий, стремится в верхнюю часть полости цилиндра 3. Далее циклы повторяются.

Использование изобретения позволяет повысить эффективность работы скважин, продуцирующих газожидкостную смесь и оборудованных вставными и невставными штанговыми насосными установками.

При использовании изобретения в нефтяной отрасли промышленности России максимальный годовой экономический эффект составляет более 500 млн. рублей. На день подачи заявки проводятся лабораторные испытания разработки.

Формула изобретения

1. Штанговая насосная установка, содержащая колонны насосных труб и штанг, штанговый насос с цилиндром, имеющим боковые окна, плунжером, всасывающим и нагнетательным клапанами, отличающаяся тем, что плунжер выполнен длиной, большей длины его хода, а окна выполнены с возможностью взаимодействия с плунжером и размещены между нагнетательным и всасывающим клапанами со стороны нагнетательного клапана при его наиболее удаленном от всасывающего клапана положении.

2. Штанговая насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что плунжер состоит из двух соосных, гидравлически связанных соединительным патрубком плунжеров, причем расстояние между плунжерами меньше, чем расстояние от боковых окон до конца цилиндра, связанного с колонной насосных труб.

3. Штанговая насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что окна выполнены с возможностью регулирования их суммарного проходного сечения.

4. Штанговая насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что окна выполнены различной формы.

5. Штанговая насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что окно имеет переменное сечение.

6. Штанговая насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что функции всасывающего клапана выполняет пара цилиндр - плунжер в зоне взаимодействия плунжера с окнами.

7. Штанговая насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что цилиндр посредством боковых окон сообщен с пространством скважины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4