СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС Российский патент 2001 года по МПК E21B43/00 F04B47/02 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для откачивания жидкости из нефтяных скважин.

Известны вставные скважинные штанговые насосы, состоящие из цилиндра, нагнетательного и всасывающего клапана, противопесочного клапана, замковой опоры и плунжера со штоком.

Противопесочный клапан установлен на верхнем конце цилиндра, а на нижнем конце навернут всасывающий клапан. Нагнетательный клапан закреплен на нижнем конце плунжера, а на верхний конец плунжера навернут шток с переводником и контргайкой. Замковая опора в зависимости от исполнения насоса устанавливается или на верхнем конце цилиндра, или на нижнем. Насос спускают на колонне насосно-компрессорных труб и закрепляют в замковой опоре (1).

Недостатком вставных насосов являются:
- необходимо иметь насосные трубы большего диаметра, чем для невставных насосов, что увеличивает стоимость труб,
- стоимость вставных скважинных насосов выше стоимости невставных скважинных насосов;
- во время установки насоса в замковую опору на уплотнительные поверхности опорного кольца и конуса передается весь вес колонны насосных штанг, поэтому при попадании на них в этот момент твердых частиц может произойти повреждение уплотнительных поверхностей или неплотная посадка конуса в опорное кольцо, что будет влиять на производительность насоса;
- при вытаскивании насоса из замковой опоры может произойти поломка пластин пружинного якоря, в результате этого может произойти его заклинивание в колонне насосно-компрессорных труб при подъеме из скважины;
- при обрыве штанг и плунжера подъем насосно-компрессорных труб из скважины при подземном ремонте производится без слива жидкости, что приводит к замазученности территории, осложняет работу бригады подземного ремонта скважин и увеличивает время проведения ремонта;
- на скважинах, где в насосно-компрессорных трубах откладывается парафин, использование вставных скважинных насосов не эффективно ввиду того, что зазор между его корпусом и стенками насосно-компрессорных труб имеет незначительные размеры, что приводит к осложнениям и аварийным ситуациям при производстве подземных ремонтов.

Известно устройство для добычи нефти и обработки призабойной зоны скважины, включающее цилиндрический корпус с отверстиями, размещенными в верхней части, и установленными в нем с возможностью возвратно-поступательного движения плунжером с клапанами, который выполнен длиной не менее длины его хода. Кроме того, устройство может иметь корпус с перфорационными отверстиями разного размера (2).

Недостатки устройства для добычи нефти и обработки призабойной зоны скважины в следующем:
- во время проведения подземного ремонта скважин, а также в процессе эксплуатации, когда необходимо регулировать ход плунжера в цилиндре насоса, часто забивается нагнетательный клапан. Это связано с тем, что в нижней части цилиндра насоса скапливаются различные частицы. И когда плунжер в цилиндре насоса опускают вниз до упора, эти частицы заходят в него и заклинивают шарик в клапанной клетке настолько сильно, что не помогают даже промывки;
- при подземном ремонте скважины во время спуска штанг в клапана плунжера могут попасть взвешенные частицы, парафин, посторонние предметы и т.п., поступающие во внутреннюю полость насосно-компрессорных труб из межтрубного пространства скважины через радиальные отверстия, которые не защищены фильтром;
- при высоких динамических уровнях в скважине во время разрежения вакуумной полости цилиндра насоса создаются большие динамические ударные нагрузки на подвеску штанг и насосно-компрессорных труб и станок-качалку, которые снижают ресурс работы этого оборудования, а в отдельных случаях могут вызвать их разрушение.

Техническая задача - увеличение межремонтного периода работы скважин, сокращение эксплуатационных затрат и продолжительности подземного ремонта.

Техническая задача выполняется следующим образом. Скважинный штанговый насос, состоящий из цилиндра с заглушкой и радиальными отверстиями, соединенного с колонной насосно-компрессорных труб, и плунжера с клапанами, соединенного с колонной насосных штанг, снабжен пружиной и толкателем, размещенными на плунжере в верхней клапанной клетке для поджатия клапана к седлу, в котором имеются прорези, а к нижней части плунжера, где его наружная поверхность выполнена конической, присоединена нижняя клапанная клетка с клапаном и седлом, причем седло зафиксировано переводником с внутренним сквозным каналом, перекрытым мембраной, которая закреплена гайкой, имеется также крестовина, ограничивающая перемещение мембраны после ее срабатывания, и радиальное отверстие для выравнивания давлений, при этом на верхний конец цилиндра навинчена муфта, с которой связан фильтр, установленный в интервале размещения радиальных каналов, а на нижний конец цилиндра закреплен с помощью муфты и переводника контейнер с заглушкой для сбора различных частиц и посторонних предметов, которые поступают в него через каналы переводника, в котором на поперечной планке предусмотрен шток для разрушения мембраны.

На фиг. 1 - 3 изображен скважинный штанговый насос, общий вид; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3.

Скважинный штанговый насос, состоящий из цилиндра 6 с заглушкой 25 и радиальными каналами 11, соединенного с колонной насосно-компрессорных труб, и плунжера 12 с клапанами 7 и 14, соединенного с колонной штанг 1, снабжен пружиной 3 и толкателем 5, размещенными на плунжере 12 в верхней клапанной клетке 4 для поджатия клапана 7 к седлу 9, в котором имеются прорези 8 для выхода газа из внутренней полости плунжера 12 во внутреннюю полость насосно-компрессорных труб на скважинах с высоким газовым фактором, а к нижней части плунжера 12, где его наружная поверхность выполнена конической, присоединена нижняя клапанная клетка 13 с клапаном 14 и седлом 15, причем седло 15 зафиксировано переводником 16 с внутренним сквозным каналом, перекрытым мембраной 19, которая закреплена гайкой 20, имеется также крестовина 17, ограничивающая перемещение мембраны 19 после ее срабатывания, и радиальное отверстие 18 для выравнивания давлений во внутренней полости плунжера 12 с давлением внешней среды, чтобы не происходило преждевременного срабатывания мембраны 19, когда плунжер спускается в скважину на заданную глубину.

Кроме этого, на верхний конец цилиндра навинчена муфта 2, с которой связан фильтр 10, установленный в интервале размещения радиальных каналов 11, а на нижний конец цилиндра 6 закреплен с помощью муфты 21 и переводника 23 контейнер 24 с заглушкой 25 для сбора различных частиц и посторонних предметов, которые поступают в него через каналы 26 переводника 23, в котором на поперечной планке 27 предусмотрен шток 22 для разрушения мембраны 19.

Скважинный штанговый насос работает следующим образом.

При подземном ремонте на насосно-компрессорных трубах вначале производят спуск в скважину на заданную глубину цилиндр 6, соединенный с ними посредством муфты 2, на которую навинчен фильтр 10, а нижний конец цилиндра 6 при этом с помощью муфты 21 и переводника 23 соединен с контейнером 24 с заглушкой 25, куда в процессе спуска оседают различные частицы и посторонние предметы.

По окончании спуска насосных труб спускают на насосных штангах 1 плунжер 12, в котором для предотвращения засорения клапана 14, размещенного в нижней клапанной клетке 13, предусмотрена мембрана 19, закрепленная гайкой 20 на переводнике 16, а в верхней клапанной клетке 4 предусмотрены пружина 3 и толкатель 5, поджимающие клапан 7 к седлу 9.

После спуска насосных штанг 1 на заданную глубину плунжер 12 входит в цилиндр 6 и при достижении им нижнего положения мембрана 19 упирается в шток 22 и под действием веса колонны насосных штанг 1 происходит ее разрушение, после этого плунжер 12 движется вниз до тех пор, пока не упрется гайкой 20 в поперечную планку 27. В таком положении плунжера 12 через канал 11 и отверстия фильтра 10 есть гидравлическая связь между внутренней полостью насосно-компрессорных труб и межтрубным пространством, что обеспечивает проведение прямых промывок и слив жидкости из насосно-компрессорных труб во время их подъема при обрывах штанг. После этого регулируют ход плунжера 12 в цилиндре 6 таким образом, чтобы в процессе работы, когда он достигает верхнего положения, происходило открытие канала 11 для гидравлической связи межтрубного пространства с подплунжерным пространством.

После проведения работ, связанных со спуском труб, штанг и регулированием хода плунжера, собирают арматуру и запускают скважину в работу.

Откачка пластовой жидкости и нагнетание ее насосом на земную поверхность осуществляется в следующей последовательности. При ходе штанг 1 и плунжера 12 вниз вначале перекрывается канал 11 и под плунжером 12 начинает расти давление, за счет чего затем открываются клапаны 7 и 14 и жидкость через сквозной канал переводника 16, нижнюю клапанную клетку 13, полый плунжер 12 и верхнюю клапанную клетку 4 поступает в пространство над плунжером 12.

При ходе штанг 1 и, следовательно, плунжера 12 вверх, когда клапаны 7 и 14 закрыты вследствие давления столба жидкости, действующего сверху, под плунжером 12 в цилиндре 6 создается разрежение до тех пор, пока не начнет открываться канал 11, после чего через фильтр 10 и этот канал из межтрубного пространства в цилиндр 6 постепенно начинает поступать жидкость, при этом происходит плавное выравнивание давлений в межтрубном пространстве и цилиндре 2 благодаря тому, что наружная поверхность в нижней части плунжера 12 выполнена конической, которая позволяет при ходе вверх постепенно увеличивать проходное сечение в интервале размещения канала 11. В результате этого устраняются гидравлические удары, которые снижают надежность и долговечность работы наземного и подземного глубинно-насосного оборудования.

Таким образом, применение скважинного штангового насоса в таком исполнении позволит:
- уменьшить количество подземных ремонтов, производимых по причине засорения клапанов, за счет того, что нагнетательный клапан на плунжере насоса при спусках в скважину и при длительных остановках в процессе эксплуатации защищен мембраной и защитным клапаном от попадания в него различных частиц, песка, парафина и т.п;
- сократить эксплуатационные затраты и продолжительность подземного ремонта на скважинах, оборудованных невставными штанговыми насосами, за счет того, что для ревизии клапанов насоса без всасывающего клапана из скважины на штангах извлекается только плунжер;
- повысить межремонтный период на скважинах, оборудованных штанговыми насосами без всасывающего клапана, путем применения плунжера с конусной поверхностью в его нижней части; за счет чего обеспечивается требуемое время соединения внутренней полости цилиндра насоса с затрубным пространством для плавного выравнивания в них давления жидкости, в результате устраняются гидравлические удары, соответственно повышается надежность и долговечность работы наземного и подземного глубинно-насосного оборудования и появляется возможность использовать насосы большего диаметра для высокопроизводительных скважин;
- производить спуск плунжера в скважину без применения захватного устройства не опасаясь засорения клапанов;
- использовать его вместо вставных насосов и устранить недостатки, присущие этим насосам.

Источники информации
1. Махмудов С.А. Вставные скважинные штанговые насосы. Монтаж, эксплуатация и ремонт скважинных штанговых насосных установок. М., Недра, 1987, с. 45 - 60.

2. RU 2125663 C1, 27.01.1999.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для откачивания жидкости из нефтяных скважин. Обеспечивает увеличение межремонтного периода работы скважин, сокращение эксплуатационных затрат и продолжительности подземного ремонта. Сущность изобретения: устройство состоит из цилиндра с заглушкой и радиальными отверстиями, соединенного с колонной насосно-компрессорных труб, и плунжера с клапанами, соединенного с колонной насосных штанг. Имеется пружина с толкателем, размещенные на плунжере в верхней клапанной клетке для поджатия клапана к седлу. В нем имеются прорези. К нижней части плунжера, где его наружная поверхность выполнена конической, присоединена нижняя клапанная клетка с клапаном и седлом. Седло зафиксировано переводником с внутренним сквозным каналом, перекрытым мембраной. Она закреплена гайкой. Имеется крестовина, ограничивающая перемещение мембраны после ее срабатывания, и радиальное отверстие для выравнивания давлений. На верхний конец цилиндра навинчена муфта, с которой связан фильтр. Он установлен в интервале размещения радиальных каналов. На нижнем конце цилиндра закреплен контейнер с заглушкой для сбора частиц и посторонних предметов, которые поступают в него через каналы переводника. В переводнике на поперечной планке предусмотрен шток для разрушения мембраны. 4 ил.

Скважинный штанговый насос, состоящий из цилиндра с заглушкой и радиальными отверстиями, соединенного с колонной насосно-компрессорных труб, и плунжера с клапанами, соединенного с колонной насосных штанг, отличающийся тем, что он снабжен пружиной и толкателем, размещенных на плунжере в верхней клапанной клетке для поджатия клапана к седлу, в котором имеются прорези, а к нижней части плунжера, где его наружная поверхность выполнена конической, присоединена нижняя клапанная клетка с клапаном и седлом, причем седло зафиксировано переводником с внутренним сквозным каналом, перекрытым мембраной, которая закреплена гайкой, имеется также крестовина, ограничивающая перемещение мембраны после ее срабатывания, и радиальное отверстие для выравнивания давлений, при этом, на верхний конец цилиндра навинчена муфта, с которой связан фильтр, установленный в интервале размещения радиальных каналов, а на нижний конец цилиндра закреплен, с помощью муфты и переводника, контейнер с заглушкой для сбора различных частиц и посторонних предметов, которые поступают в него через каналы переводника, в котором на поперечной планке предусмотрен шток для разрушения мембраны.