Скважинный насосный агрегат

 

Изобретение предназначено для использования в насосостроении в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации вертикальных и наклонно направленных скважин, в частности малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта. Скважинный насосный агрегат снабжен гибким валом. Колонна насосно-компрессорных труб имеет в верхней части уплотнительное устройство (например, контактное), а в нижней части снабжено оголовком. Электродвигатель расположен на поверхности земли на устье скважины, приводной насос, гидродвигатель и рабочий насос размещены в оголовке насосно-компрессорных труб в порядке перечисления по ходу вниз от устья скважины, приводной насос и гидродвигатель объединены в общий блок, а гибкий вал размещен в колонне насосно-компрессорных труб между электродвигателем и приводным насосом с возможностью прохода через уплотнительное устройство. Электродвигатель снабжен преобразователем для регулирования частоты вращения. Повышается надежность и ресурс работы устройств для добычи жидкости для малодебитных скважин. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к насосостроению, конкретно к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин, например из скважин. Данный насосный агрегат может быть использован в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации вертикальных и наклонно направленных скважин, в частности малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта.

Известен погружной диафрагменный электронасос, содержащий электродвигатель, кинематически связанный с плунжером приводного насоса, установленным в заполненном маслом корпусе, который герметично изолирован от перекачиваемой жидкости эластичными рабочей диафрагмой и компенсатором. В головке электронасоса установлены всасывающий и нагнетательный клапаны [патент РФ N 2062906, МПК F 04 B 7/06].

В результате анализа известной конструкции насоса необходимо отметить, что он имеет низкий КПД, характерный для диафрагменных электронасосов, и невысокую надежность работ ввиду частого выхода из строя элементов кинематики.

Известна также глубинно-насосная установка, включающая ступенчатый поршневой насос, пакер, поверхностный источник давления периодического действия. Установка имеет аккумулятор энергии сжатого газа и колонну подъемных труб с обратным клапаном, который расположен в верхней части подъемных труб [авт. свид. СССР N 977718, МПК E 21 B 43/00].

Анализ конструкции показывает, что установка сложна в изготовлении и при монтаже, металло- и энергоемка.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий кинематически связанные друг с другом рабочий насос, гидродвигатель, приводной насос и погружной электродвигатель (патент РФ N 2116512, МПК F 94 B 47/08]. Элементы агрегата расположены в скважине в указанном выше порядке от поверхности земли (устья скважины) по ходу вниз, причем рабочий насос установлен на конце колонны насосно-компрессорных труб, которые установлены в скважине над насосным агрегатом. Анализ известной конструкции показывает, что агрегат включает расположенный в откачиваемой жидкости погружной электродвигатель, работающий под большим внешним давлением в условиях ухудшенного теплоотвода и воздействия коррознонно-активных сред, что повышает вероятность выхода двигателя из строя и снижает ресурс работы. Расположение двигателя в нижней части агрегата требует подъема агрегата из скважины в случае отказа двигателя, что снижает вероятность выхода двигателя из строя и снижает ресурс работы. Расположение двигателя в нижней части агрегата требует подъема агрегата из скважины в случае отказа двигателя, что снижает ремонтопригодность агрегата. Кроме того, для питания электродвигателя необходим специальный кабель на всю глубину погружения агрегата, что осложняет монтаж колонны насосно-компрессорных труб и ведет к удорожанию конструкции. С учетом сказанного снижается надежность агрегата и эффективность добычи жидкости из скважин.

Цель изобретения - повышение надежности и ресурса работы устройств для добычи жидкости, в частности для малодебитных скважин.

Поставленная цель достигается тем, что предложенный скважинный насосный агрегат, содержащий колонну насосно-компрессорных труб, кинематически связанные друг с другом рабочий насос, гидродвигатель, приводной насос и электродвигатель, снабжен гибким валом, колонна насосно-компрессорных труб дополнительно снабжена в верхней части уплотнительным устройством (например, контактным), а в нижней части оголовком, причем электродвигатель располагается на поверхности земли на устье скважины, приводной насос. Гидродвигатель и рабочий насос размещены в оголовке насосно-компресоорных труб в порядке перечисления по ходу вниз от устья скважины, приводной насос и гидродвигатель объединены в общий блок, а гибкий вал размещен в колонне насосно-компрессорных труб между электродвигателем и приводным насосом с возможностью прохода через уплопнительное устройство.

Электродвигатель снабжен преобразователем для регулирования частоты вращения.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение надежности насосного агрегата и эффективности добычи жидкости из скважин за счет использования системы: поверхностный электродвигатель, приводной насос (например, аксиально-поршневой), гидродвигатель и рабочий насос плунжерного (поршневого) типа. При этом сохраняются все преимущества традиционного погружного насоса, связанные с отсутствием сложного электрооборудования в откачиваемой жидкости на большой глубине. Сохраняются и достоинства скважинного электроприводного насосного агрегата: широкая область применения за счет использования гидромашин объемного вытеснения с необходимыми значениями подачи и напора, изменение подачи добываемой жидкости в автоматическом режиме в зависимости от гидростатического давления пласта или в режиме ручного управления с поверхности. Поверхностный электродвигатель (гидромотор) не требует массивного фундамента. Указанные преимущества предлагаемого устройства обусловливают целесообразность его применения при эксплуатации малодебитных и наклонно направленных скважин на сложной местности (водоемы, пустыни, горы, населенные пункты, районы Севера и т.д.).

При проведении патентных исследований не обнаружены технические решения, идентичные заявленному, и, следовательно, предложенное изобретение соответствует критерию "новизна".

Сущность предложенного изобретения не следует явным образом из известных технических решений, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию изобретения "изобретательский уровень".

По мнению заявителей, изложенных в материалах заявки сведений достаточно для использования изобретения, а следовательно, предложенные решения соответствуют критерию изобретения "промышленная применимость".

На чертеже представлен скважинный насосный агрегат (продольный разрез).

Скважинный насосный агрегат включает следующие основные элементы: электродвигатель (либо гидромотор), приводной насос (например, аксиально-поршневой), гидродвигатель и рабочий насос плунжерного (поршневого) типа. Вспомогательное оборудование - масляный бак, фильтр и элементы гидроавтоматики, протекторы (гидрозащита) - объединены в общем блоке с приводным насосом и гидродвигателем. Блок установлен над рабочим насосом, который закреплен в оголовке колонны стандартных насосно-компрессорных труб (НКТ).

Электродвигатель (гидромотор) 1 через уплотнительное устройство 2 соединен посредством гибкого вала 3, размещенного в колонне насосно-компрессорных труб 4 с оголовком 5, соединен с приводным насосом 6. Под насосом 6 установлен гидродвигатель 7, который образует с насосом 6 единый герметизированный от откачиваемой жидкости блок 8. В блоке 8 размещены масляный бак, фильтр, распределитель, клапаны и элементы гидроавтоматики (на чертеже не показаны). Под блоком 8 установлен жестко соединенный с ним плунжерный (поршневой) рабочий насос 9. В плунжере (поршне) 10 насоса 9 размещена система 11 нагнетательных клапанов. В днище насоса 9, соединенном с оголовком 5, размещена система 12 приемного (всасывающего) клапана. Колонна насосно-компрессорных труб 4 с оголовком 5 размещена в скважине 13, которая имеет перфорированный участок 14. Электродвигатель (гидромотор) 1 установлен на устье 15 скважины 13 над поверхностью 16 земли. Колонна насосно-компрессорных труб имеет отвод 17. Насос 9 имеет пропускные каналы 18.

Колонну 4 с оголовком 5 и установленным в нем блоком 8 и насосом 9 опускают в обсадную колонну, установленную в скважине, с использованием центраторов и пакера, если это необходимо (не показано). Гибкий вал 3 соединен с приводным насосом 6 одним из известных способов, например, при помощи шлицевого соединения с конусом - ловителем (не показано).

Скважинный насосный агрегат работает следующим образом.

Перед установкой блока 8 в оголовок 5 полости блока 8 заполняют очищенным маслом соответствующих марок.

При погружении оголовка 5 в нефтяной пласт добываемая жидкость за счет гидростатического давления заполняет полость рабочего насоса 9 через отверстия клапанных систем 12 и 11, полость оголовка 5 через пропускные отверстия 18 и далее колонну 4 насосно-компрессорных труб вплоть до выравнивания уровней жидкости в колонне 4 и скважине 13. В неработающем агрегате связанные между собой плунжер гидродвигателя 7 и плунжер 10 рабочего насоса 9 занимают нижнее положение.

При включении электродвигателя (гидромотора) 1 за счет вращения гибкого вала 3 начинает работать приводной насос 6, который через систему блока 8 подает заполняющее его масло под давлением в нижнюю полость цилиндра гидродвигателя 7, обеспечивая подъем плунжера 10 рабочего насоса 9 (рабочий ход). При этом происходит нагнетание добываемой жидкости из верхней полости цилиндра рабочего насоса 9 через пропускные отверстия 18 в оголовок 5 и далее через колонну насосно-компрессорных труб 4 и отвод 17 в трубопровод. Одновременно в нижнюю полость цилиндра рабочего насоса 9 из скважины 13 через приемный клапан системы 12 втекает жидкость.

Когда плунжер гидродвигателя 7 достигает определенного верхнего положения, происходит включение гидроавтоматики блока 8 и обратный ход плунжера 10 за счет подачи масла из нижней полости. При опускании плунжера 10 рабочего насоса нагнетательные клапаны системы 11 открываются, а приемный клапан системы 12 закрывается. В силу чего добываемая жидкость переходит в верхнюю полость цилиндра рабочего насоса 9.

При достижении плунжером 10 определенного нижнего положения происходит обратное переключение гидроавтоматики блока 8, и описанный выше рабочий цикл повторяется.

Уплотнительное устройство 2 обеспечивает герметизацию гибкого вала 3 с целью исключения утечек добываемой жидкости из колонны 4.

Перфорированный участок 14 скважины обеспечивает поступление жидкости из пласта в скважину 13 и расположен ниже оголовка 5 с целью исключения загрязнения приемного клапана системы 12 рабочего насоса.

Формула изобретения

1. Скважинный насосный агрегат, содержащий колонну насосно-компрессорных труб, кинематически связанные друг с другом рабочий насос, гидродвигатель, приводной насос и электродвигатель, отличающийся тем, что он снабжен гибким валом, колонна насосно-компрессорных труб дополнительно снабжена в верхней части уплотнительным устройством, например, контактным, а в нижней части - оголовком, причем электродвигатель располагается на поверхности земли на устье скважины, приводной насос, гидродвигатель и рабочий насос размещены в оголовке насосно-компрессорных труб в порядке перечисления по ходу вниз от устья скважины, приводной насос и гидродвигатель объединены в общий блок, а гибкий вал размещен в колонне насосно-компрессорных труб между электродвигателем и приводным насосом с возможностью прохода через уплотнительное устройство.

2. Скважинный насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что электродвигатель снабжен преобразователем для регулирования частоты вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1