ЗАМКОВАЯ ОПОРА ВСТАВНОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА Российский патент 1999 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности вставным скважинным штанговым насосам, а именно их замковым опорам, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для добычи нефти из скважин с большим содержанием механических примесей насосами, оборудованными сменными фильтрами.

Известна замковая опора вставного скважинного штангового насоса, содержащая двухступенчатый посадочный ниппель с сквозным каналом, с двумя связанными между собой верхним и нижним плунжерами, воздействующими с соответствующими ступенями посадочного ниппеля (Авторское свидетельство СССР N 436922 кл. F 04 B 47/02, 1972.)
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной конструкции замковой опоры, относится то, что через ее сквозной канал невозможно пропускать современные конструкции насосных фильтров. Увеличение же диаметра сквозного канала замковой опоры нарушает соотношение площадей в ступенях ниппеля, что приводит к смятию уплотнительных поверхностей посадочного ниппеля уже при установке вставного насоса и не обеспечивает его удержания при пуске т.е. не возможно применять вставные насосы для подъема нефти с большим содержанием механических примесей.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупным признакам является замковая опора вставного скважинного штангового насоса (Авторское свидетельство СССР N 987177 кл. F 04 B 47\02 опубл. 07.01.83. БИ N1), принятая за прототип, включающая двухступенчатый посадочный ниппель со сквозным каналом, двумя связанными между собой верхним и нижним дифференциальным плунжерами, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно друг друга и взаимодействующими с соответствующими ступенями посадочного ниппеля. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится то, что он не обеспечивает долговременных условий работы насосных фильтров из-за неудовлетворительного скоростного режима всасывания пластовой жидкости через них, вызванного тем, что фильтр устанавливается на насосно-компрессорных трубах (НКТ) и не имеет возможности осевого перемещения при работе насоса, то есть у них отсутствует эффект самоочистки. В результате фильтры забиваются в течение нескольких часов работы после пуска насоса, что в конечном итоге значительно удорожает себестоимость нефтедобычи и делает не рентабельными скважины даже с достаточно высоким дебитом из-за частых капитальных ремонтов скважин (КРС).

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу, направленную на повышение надежности работы штанговой скважинной насосной установки (ШСНУ), в скважинах с большим содержанием механических примесей.

Техническим результатом при осуществлении предлагаемого изобретения является повышения работоспособности вставного скважинного насоса, оборудованного фильтром, при разработке месторождений с большим содержанием механических примесей за счет улучшения скоростных условий работы фильтров путем возможной их автономной самоочистки непосредственно на забое, что в конечном итоге увеличивает долговечность фильтров и повышает надежность в целом ШСНУ.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения заключается в том, что в известной замковой опоре вставного штангового скважинного насоса, дополнительно снабженного фильтром, включающей двухступенчатый посадочный ниппель со сквозным каналом, в котором размещены с возможностью осевого перемещения верхний и нижний дифференциальные плунжеры, взаимодействующие с соответствующими ступенями посадочного ниппеля, согласно изобретению нижний плунжер выполнен подпружиненным специальным упругим элементом и размещен в верхнем плунжере с возможностью осевого перемещения в определенном скоростном режиме, например по гармоническому закону в такт работы ШСНУ, причем внутренняя поверхность нижнего плунжера выполнена в виде конфузора, гидравлически связанного с внутренней полостью фильтра, жестко размещенного на конце нижнего плунжера. Внутренняя поверхность верхнего плунжера выполнена в виде сменного диффузора, который для удобства монтажа жестко закрепляется внутри канала. Подпружиненный конфузор и диффузор размещены друг относительно друга с возможностью образования струйного насоса, причем упругий элемент размещается в камере разрежения струйного насоса.

При исследовании отличительных признаков предлагаемой замковой опоры не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования традиционной конструкции замковой опоры в скважинах с большим содержанием механических примесей, позволяющих создание оптимальных условий работы фильтра, предотвращающих его от быстрого засорения за счет появившейся дополнительной возможности автономной самоочистки в процессе работы, а также возможности применения фильтров большего диаметра, что снижает гидравлическое сопротивление на всасывании насоса, обеспечивается при этом четкая фиксация насоса относительно колонны НКТ и легкий срыв его при необходимости подъема, что в конечном итоге приводит к вышеизложенному техническому результату и подтверждает существенность признаков формулы изобретения.

Поскольку не обнаружены аналоги с тождественными признаками предложенного изобретения, обеспечивающими указанный результат, то изобретение соответствует критерию "новизна", при этом заявленное изобретение не вытекает явным образом из существующего уровня техники, так как совокупность существенных признаков только в предложенном взаимосочетании обеспечивает достижение указанного технического результата, таким образом данное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлена замковая опора вставного скважинного насоса. Опора скважинного насоса 1 снабжена фильтром 2 и спущена в скважину на колонне НКТ 3.

Опора содержит двухступенчатый посадочный ниппель 4 с соответствующим сквозным каналом 5, внутри которого размещены верхний 6 и нижний 7 плунжеры с возможностью осевого перемещения друг относительно друга по соответствующим ступеням посадочного ниппеля 4. Нижний плунжер 7 подпружинен относительно верхнего 6 упругим элементом 8 и жестко связан с фильтром 2. Внутренняя поверхность нижнего плунжера 7 выполнена в виде конфузора 9, а верхнего плунжера 6 - в виде диффузора 10, причем они вместе образуют струйный насос, в камере разрежения которого 11 размещен упругий элемент 8, жесткость которого подбирается в соответствии с массой подвижного фильтра 2. Камера разрежения 11 гидравлически связана посредством дроссельных отверстий 12 с дифференциальным сквозным каналом 5, а последний - с внутренней полостью 13 фильтра 2.

Устройство работает следующим образом.

Двухступенчатый посадочный ниппель 4 замковой опоры спускают в скважину на колонне НКТ 3.

Верхний плунжер 6 замковой опоры жестко (с помощью резьбы) соединяется с вставным насосом 1, а нижний плунжер 7 в сборе с верхним плунжером 6 жестко (резьбой) соединяется с фильтром 2 и собранном виде спускается в скважину, входя в дифференциальный сквозной канал 5 двухступенчатого посадочного ниппеля 4. При этом жидкость между ступенями ниппеля 4 верхнего 6 и нижнего 7 плунжеров дросселируется через отверстие 12, обеспечивая плавную посадку насоса 1 в замковую опору. Силы давления от веса столба жидкости, равного высоте статического уровня, действуют на разность площадей плунжера 6 и 7 и удерживают насос 1 в замковой опоре.

При работе насоса 1 пластовая жидкость проходит через конфузор 9, срабатывает перепад давления, обеспечивая разрежение в камере 11 струйного насоса, что увеличивает разность давлений в ступенях замковой опоры, и следовательно, увеличивает силы удерживающие насос 1, сжимая при этом упругий элемент 8.

При ходе плунжера (не показан) вставного насоса 1 вниз упругий элемент 8 распрямляется и часть отфильтрованной жидкости проходит обратно в скважину через щели фильтра 2, очищая их и вызывая инерционные гармонические колебания нижнего плунжера 7 с фильтром 2 относительно верхнего плунжера 6. При этом увеличивается относительная скорость движения жидкости в щелях фильтра 2, препятствуя оседанию механических частичек на стенках и в щелях последнего.

При ходе плунжера (не показан) вставного насоса 1 вверх опять вступает в работу струйный насос, поддерживая гармонические колебания в установившемся режиме.

Работа насоса 1 повышает столб жидкости в колонне НКТ 3 и, следовательно, увеличивает перепад давления жидкости в колонне НКТ и в затрубном пространстве (не показано), что приводит к еще более надежной фиксации насоса 1 в замковой опоре.

При срыве вставного насоса 1 (для его замены или проведения КРС) жидкость из колонны НКТ свободно переливается через отверстие 5 ниппеля 4 в затрубное пространство до статического уровня, обеспечивая подъем насоса без перелива жидкости.

Предлагаемое изобретение - замковая опора - предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности при насосной нефтедобыче вставными насосами, вышеописанными средствами и методами.

Преимущество изобретения по сравнению с прототипом состоит в том, что оно позволяет снизить гидравлическое сопротивление на всасывании вставного насоса, то есть увеличить его КПД, обеспечить четкую фиксацию и легкий срыв насоса, увеличить межремонтный период ШСНУ за счет повышения работоспособности и надежности в целом глубинного оборудования.

Устройство предназначено для использования в технике добычи нефти вставными скважинными насосами, оборудованными фильтрами, из скважин с большим содержанием механических примесей. Замковая опора вставного скважинного насоса, снабженного фильтром, содержит двухступенчатый посадочный ниппель со сквозным каналом, в котором размещены с возможностью осевого перемещения верхний и нижний дифференциальные плунжеры, взаимодействующие с соответствующими ступенями посадочного ниппеля. Нижний плунжер снабжен упругим элементом и размещен с возможностью осевого перемещения в режиме установившихся инерционных гармонических колебаний относительно верхнего плунжера. Внутренняя поверхность нижнего плунжера выполнена в виде конфузора, а внутренняя поверхность верхнего плунжера - в виде диффузора и размещены друг относительно друга с образованием струйного насоса. В камере разрежения насоса установлен упругий элемент. При этом сама камера разрежения гидравлически связана с внутренним пространством фильтра. Значительно повышается работоспособность вставных штанговых скважинных насосов за счет улучшения условий работы устройства. 1 ил.

Замковая опора вставного скважинного насоса, снабженного фильтром, включающая двухступенчатый посадочный ниппель со сквозным каналом, в котором размещены с возможностью осевого перемещения верхний и нижний дифференциальные плунжеры, взаимодействующие с соответствующими ступенями посадочного ниппеля, отличающаяся тем, что нижний плунжер подпружинен упругим элементом и размещен с возможностью осевого перемещения в режиме установившихся инерционных гармонических колебаний относительно верхнего плунжера, причем внутренняя поверхность нижнего плунжера выполнена в виде конфузора, а внутренняя поверхность верхнего плунжера - в виде диффузора и размещены друг относительно друга с образованием струйного насоса, в камере разрежения которого установлен упругий элемент, при этом сама камера разрежения гидравлически связана с внутренним пространством фильтра.