ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2001 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к технике механизированной добычи нефти и может быть использовано при добыче вязких нефтей.

Известна штанговая насосная установка (а.с. SU N 896254, F 04 В 47/02, 1982 г. ), содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр насоса с двумя ступенями разного диаметра, два полых плунжера разного диаметра, связанных между собой и колонной насосных штанг и расположенных подвижно в ступенях цилиндра с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров. Камера большего диаметра связана через обратный клапан с затрубным пространством. При откачке вязких пластовых жидкостей рабочая камера большего диаметра сообщена с рабочей камерой меньшего диаметра через дополнительные обратные клапаны. Надежность работы такой установки низкая в силу того, что при откачке вязких жидкостей затруднен ход штанговой колонны вниз. Кроме того, противоток жидкости при ходе колонны штанг вниз способствует возрастанию сил вязкого трения. Большое количество клапанов на ступени большего диаметра насоса приводит к снижению надежности работы установки в целом.

Известна штанговая насосная установка (патент RU N 2059883, F 04 В 47/00, 1996 г.), содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой двумя ступенями разного диаметра, два полых плунжера, связанных между собой и колонной насосных штанг, расположенных в цилиндре с образованием камер меньшего и большего диаметра; при этом всасывающий клапан размещен в плунжере меньшего диаметра. Установка снабжена ступенчатым грузом, связанным с нижней частью плунжера малого диаметра, при этом плунжер большего диаметра тоже выполнен ступенчатым. Хотя в конструкции прототипа снабжение плунжера малого диаметра грузом повышает эффективность работы насоса, однако то, что нагнетание жидкости на дневную поверхность происходит при ходе штанговой колонны вниз, вызывает встречное направление движения колонны штанг и жидкости, что приводит к возрастанию сил сопротивления и зависанию колонны штанг. Кроме того, отсутствие защитных приспособлений на приеме насоса увеличивает возможность отказа насоса из-за попадания механических примесей в его полость.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности эксплуатации и надежности штанговой насосной установки снижением гидродинамических потерь путем обеспечения синхронного по направлению движения откачиваемой жидкости и колонны штанг при движении вверх, устранения явления зависания колонны штанг при движении вниз.

Это достигается тем, что в штанговой насосной установке, содержащей колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, два полых плунжера разного диаметра с всасывающим и нагнетательным клапанами, связанных между собой и с грузом, размещенным вне полости насосно-компрессорных труб, подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров, всасывающий и нагнетательный клапаны установлены в плунжере большего диаметра и выполнены одноразмерными, а полость в плунжере большего диаметра между клапанами сообщается с полостью, образованной цилиндрами двух ступеней с помощью расположенных между клапанами отверстий, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения клапанов, при этом расстояние от верхнего конца плунжера большего диаметра до места сочленения цилиндров равна длине хода плунжеров, груз выполнен одноразмерным по диаметру и связан с нижней частью плунжера большего диаметра, а ступень цилиндра большего диаметра снабжена фильтром, расположенным коаксиально грузу, с боковыми отверстиями, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения отверстий нагнетательного клапана.

На чертеже представлена схематически штанговая насосная установка. Груз 1 установлен вне полости насосно-компрессорных труб и соединен с нижней частью плунжера большего диаметра 2. Всасывающий клапан 3 размещен в нижней части плунжера большего диаметра, а нагнетательный клапан 4 размещен в верхней его части. Плунжер малого диаметра 5 размещен над нагнетательным клапаном 4 и соединен патрубком 6 с плунжером большего диаметра 2. Под нагнетательным клапаном 4 в стенке плунжера 2 выполнены отверстия 7, связывающие полость плунжера 2 с надплунжерным пространством 9. В нижней части насоса расположен приемный фильтр 8.

Штанговая насосная установка работает следующим образом. При ходе плунжера вверх всасывающий клапан 3 закрывается под действием избыточного давления в полости цилиндра между плунжерами, а нагнетательный клапан 4 открывается, поток жидкости движется вверх по ходу колонны штанг со скоростью, обеспечиваемой добываемым объемом нефти. При ходе вниз нагнетательный клапан 4, расположенный под малым плунжером, закрывается за счет возникающего в полости между плунжерами разрежения, а всасывающий клапан 3 открывается за счет давления на приеме насоса, жидкость, поступая через приемный фильтр 8, заполняет надплунжерное пространство цилиндра 9. Груз 1, находящийся вне полости подъемного лифта, облегчает движение плунжера и колонны штанг вниз в вязких средах. При этом жидкость, находящаяся в насосно-компрессорных трубах, всем объемом перемещается вниз по ходу движения штанг. Так как груз расположен вне полости насосно-компрессорных труб и выполнен одноразмерным, то отсутствует трение груза о стенки насосно-компрессорных труб, не перекрывается его сечение и значительно снижается гидродинамическое трение, что приводит к увеличению минимальной нагрузки на колонну, то есть снижению амплитуды нагрузок, уменьшению потребления электроэнергии.

Технико-экономические преимущества предлагаемого решения заключаются в повышении надежности установки и экономичности в работе за счет снижения гидродинамических потерь, обеспечения синхронного по направлению движения жидкости и колонны штанг при движении вверх.

Установка предназначена для использования в нефтедобывающей промышленности при добыче вязких нефтей. Установка снабжена насосом с двухступенчатым цилиндром, в котором расположены два полых плунжера разных диаметров, связанных между собой и образующих рабочие камеры. Нижняя ступень плунжера утяжелена грузом, расположенным вне насоса ниже его приемной части. Расстояние от верхнего конца плунжера большего диаметра до места сочленения цилиндров равно длине хода плунжеров. Повышается надежность штанговой насосной установки за счет снижения гидродинамических потерь путем обеспечения синхронного по направлению движения откачиваемой жидкости и колонны штанг при движении вверх и устранения явления зависания колонны штанг при движении вверх. 1 ил.

Штанговая насосная установка, содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, два полых плунжера с всасывающим и нагнетательным клапанами, связанных между собой и с грузом, размещенным вне полости насосно-компрессорных труб, подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров, отличающаяся тем, что всасывающий и нагнетательный клапаны установлены в плунжере большего диаметра и выполнены одноразмерными, а полость в плунжере большего диаметра между клапанами сообщается с полостью, образованной цилиндрами двух ступеней, с помощью расположенных между клапанами отверстий, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения клапанов, при этом расстояние от верхнего конца плунжера большего диаметра до места сочленения равна длине хода плунжеров, груз выполнен одноразмерным по диаметру и связан с нижней частью плунжера большего диаметра, а ступень цилиндра большего диаметра снабжена фильтром, расположенным коаксиально грузу, с боковыми отверстиями, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения отверстий нагнетательного клапана.