СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС Российский патент 1999 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и найдет применение при отборе скважинной жидкости, преимущественно в случаях, когда необходимо восстановить дебит пласта в сильно загрязненных скважинах или при освоении скважин, вышедших из бурения.

Известен скважинный штанговый насос, содержащий установленные друг над другом основную и большего диаметра дополнительную рабочие пары плунжер-цилиндр, плунжер основной рабочей пары с всасывающим и нагнетательным клапанами связан с плунжером дополнительной рабочей пары через шток, проходящей через установленный в корпусе уплотнитель, и всасывающий клапан дополнительной рабочей пары [1].

Известен также скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный в цилиндре полый плунжер с нагнетательным клапаном, а также телескопический амортизатор, выполненный в виде подвижного стакана и хвостовика [2].

Этот насос по технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.

Не умоляя достоинства каждого из указанных насосов, отметим, что в силу своих конструктивных особенностей в процессе их эксплуатации ими не представляется возможным воздействовать на призабойную зону пласта (ПЗП) импульсивными давлениями, приводящими к очистке ПЗП и следовательно восстановлению дебита скважины или возбуждению пласта в процессе освоения скважин вышедших из бурения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей насоса.

Поставленная цепь достигается описываемым штанговым насосом, содержащим цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный в цилиндре полный плунжер с нагнетательным клапаном.

Новым является то, что цилиндр выполнен двухступенчатым под двухсупенчато выполненный плунжер, при этом между стенкой цилиндра ступени с большим диаметром в его нижней части и наружной стенкой плунжера ступени с меньшим диаметром выполнена камера, сообщенная с наружным пространством через сеть радиальных каналов цилиндра ступени с большим диаметром, а полость цилиндра ступени с меньшим диаметром в верхней часта сообщена с наружным пространством.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого насоса, в частичном разрезе, когда плунжер находится в верхнем положении; на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, когда плунжер находится в нижнем положении.

Скважинный штанговый насос содержит двухступенчатый цилиндр со ступенями 1 и 2 с большим и меньшим диаметром соответственно с всасывающим клапаном 3 в нижней части ступени 2 с меньшим диаметром. Внутри цилиндра размещен с возможностью возвратно-поступательного движения двухступенчатый полый плунжер со ступенями 4 и 5 соответственно ступенями цилиндра 1 и 2. Плунжер снабжен нагнетательным клапаном 6.

Между стенкой цилиндра ступени 1 с большим диаметром в его нижней части и стенкой плунжера ступени 5 с меньшим диаметром выполнена камера 7, сообщенная с наружным пространством цилиндра через сеть радиальных каналов 8 цилиндра 1 с большим диаметром, а ступень 2 цилиндра с меньшим диаметром в верхней части сообщение наружным пространством через окно - радиальный канал 9. Центральный канал 11 клапана 3 выполнен в виде штуцера, чтобы при всасывании заполнялся не весь объем цилиндра под плунжером. С целью снижения динамической нагрузки на штанги, подвеску, станок-качалку при разрежении в полости цилиндра 2, объем разрежения делают не большим, например 1/3 или 2/3 объема цилиндра нижней ступени.

Штанговый насос работает следующим образом.

При ходе колонны штанг 10 и связанного с ней ступенчатого плунжера 4 и 5 вниз (фиг. 1) нагнетательный клапан 6 открывается, а всасывающий клапан 3 закрывается, отверстия 9 цилиндра 2 перекрывается плунжером 5 и продукция скважины набирается в пространство над плунжером 4. При этом нефть, попавшая в камеру 7, через сеть каналов 8 из этой камеры с большой скоростью выдавливается в пристенную зону фильтра скважины, удаляет грязь и омывает, происходит очистка фильтра. Струя нефти, попавшая на стенки фильтра под большим напором, разрушает крупные и мелкие фракции прилипшей к стенкам фильтра грязи, вязких смолопарафинистых отложений, удаляет их. Кроме того, при этом проявляется еще один положительный эффект - от удара у самой вязкой нефти изменяются ее реологические свойства, нефть разжижается, улучшается всасывание ее в цилиндр 2, транспортировку и вынос ее на поверхность вместе с продуктами обработки.

При ходе колонны штанг 10 и связанного с ней ступенчатого плунжера вверх нагнетательный клапан 6 закрывается, идет заполнение камеры 7 нефтью, а всасывающий клапан 3 открыт. При подходе плунжера 5 к отверстиям 9 цилиндра 2 полость последнего заполняется нефтью лишь на 2/3 части с целью образования зоны разрежения под плунжером 6 оставшейся части. Это достигается благодаря штуцированию центрального канала 11 клапана 3.

К моменту открытия отверстий 9 цилиндра 2 происходит максимальное разрежение под плунжером. При открытии отверстий 9 нефть мгновенно заполняет полость цилиндра 2 под плунжером происходит импульсное разрежение в призабойной зоне, т.е. создается глубокая депрессия на пласт с сопровождением выноса из пласта загрязнений, таким образом, осуществляется дополнительная очистка призабойной зоны пласта ПЗП. Величина импульса, оказываемого на пласт, зависит от размера вакуумной полости, чем больше вакуумная полость под плунжером, тем эффект депрессии на пласт сильнее. Однако большую вакуумную полость образовать нецелесообразно. Диктуется это тем, что при этом возникает опасность аварий из-за больших динамических нагрузок на штангу, подвеску и, наконец, на станок-качалку.

Кроме того, создание чрезмерного разрежения в призабойной зоне пласта связано с опасностью нарушения целостности цементного кольца за колонной. Допустимое снижение давления на забое можно определить исходя из прочности цементного камня за колонной по следующей формуле
Pc = P^водпл-hσ,
где P^водпл - пластовое давление водоносного пласта, МПа;
h - толщина раздела между нефтенасыщенным и водоносными пластами, м;
σ - максимальное допустимое давление на 1 м высоты цементного кольца, МПа.

Величина σ зависит от условий вскрытия пласта, качества и технологии цементирования скважины. И эта величина для месторождений нефти в Татарии в среднем составляет 2,4 МПа.

Расчет энергии одного импульса депрессии производится по изотермическому закону.

Е_депр = P • W,
где P - забойное давление, МПа
W - объем вакуумной полости, м³
W = πR²L, где π = = 3,14 пост.;
R - радиус цилиндра насоса или плунжера; L - длина хода плунжера с нижнего положения до окна 9.

Итак, описываемое устройство оказывает воздействие на пласт знакопеременно, что очень важно для повышения эффективности очистки призабойной зоны пласта, не только при добыче, но и нагнетании при восстановлении приемистости пластов.

Как показали предварительные испытания устройства в промысловых условиях, очистка призабойной зоны пласта и восстановление дебита скважины, а также с увеличением дебита, достигается даже в течение нескольких суток. Далее скважину эксплуатируют в обычном режиме, после извлечения этого насоса.

В скважинах с низким пластовым давлением желательно отсечь затрубное пространство пакером над насосом для ускорения процесса очистки.

Насос преимущественно может использоваться в скважинах глубиной 1200-1500 м.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в следующем.

Такое выполнение конструкции насоса позволяет при одновременном отборе нефти из пласта осуществить эффективную очистку ПЗП, восстановить дебит скважины, а в большинстве случаев и увеличить его, при этом ускоряется процесс очистки. Кроме того, он с успехом может использоваться при восстановлении и улучшении приемистости нагнетательных скважин. Во всех случаях положительный эффект, создаваемый насосом, сопровождается экономией электроэнергии.

Использование насоса в нефтегазодобывающих управлениях даст ощутимый экономический эффект.

(56) 1. SU 1211455 A, F 04 B 47/02, 1986.

2. SU 1756627 A, F 04 B 47/02, 1992.

Использование: в нефтедобывающей промышленности и найдет применение при отборе скважинной жидкости, преимущественно в случаях, когда необходимо восстановить дебит пласта в сильно загрязненных скважинах или при освоении скважин, вышедших из бурения. Насос содержит двухступенчатый цилиндр под двухступенчато выполненный полый плунжер. Между стенкой цилиндра ступени с большим диаметром в его нижней части и стенкой плунжера ступени с меньшим диаметром выполнена камера, сообщенная с наружным пространством через сеть радиальных каналов цилиндра ступени с большим диаметром. Полость цилиндра ступени с меньшим диаметром в верхней части сообщена с наружным пространством. Позволяет при одновременном отборе нефти из пласта осуществить эффективную очистку призабойной зоны пласта, восстановить дебит скважины, а также ускорить процесс очистки. 2 ил.

Скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный в цилиндре полый плунжер с нагнетательным клапаном, отличающийся тем, что его цилиндр выполнен двухступенчатым под двухступенчато выполненный плунжер, при этом между стенкой цилиндра ступени с большим диаметром в его нижней части и стенкой плунжера ступени с меньшим диаметром выполнена камера, сообщенная с наружным пространством через сеть радиальных каналов цилиндра ступени с большим диаметром, а полость цилиндра ступени с меньшим диаметром в верхней части сообщена с наружным пространством.