СКВАЖИННАЯ ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2003 года по МПК F04B47/00 

Предлагаемое техническое решение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в нефтедобыче при откачке эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей из добывающих скважин.

Известна скважинная штанговая насосная установка для откачки эмульсионных нефтей из нефтяных скважин, содержащая колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и штанговый насос (SU 1236161 А1, 1986). Недостаток данной конструкции - узкая область применения. Установка может использоваться при откачке нефтей с определенным процентным содержанием воды и нефти.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является скважинная штанговая насосная установка, содержащая колонну с хвостовиком, имеющую цилиндр с нижним и боковым всасывающими клапанами, обеспечивающими раздельный прием нефти и вод (SU 1323743 А2, F 04 B 47/02, 15.07.87).

Основной недостаток данной конструкции - низкая работоспособность в глубоких скважинах. Поскольку цилиндр насоса жестко связан как с колонной насосно-компрессорных труб, так и с хвостовиком, то при большем весе хвостовика возрастает требование в паре цилиндр-плунжер, что отрицательно сказывается на работоспособности насоса, а при наличии механических примесей в нефти насос неработоспособен.

Задача изобретения состоит в обеспечении возможности добычи эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей из глубоких нефтяных скважин путем достижения технического результата - исключения влияния веса хвостовика на работу насоса, что позволяет повысить текущую добычу нефти из глубоких нефтяных скважин и увеличить ресурс наработки глубинного оборудования.

Указанный результат достигается за счет вставного исполнения насоса, а именно в скважинной штанговой насосной установке для откачки эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей, содержащей колонну насосно-компрессорных труб с хвостовиком, штанговый насос с основным всасывающим клапаном и дополнительный всасывающий клапан, колонна НКТ имеет опорное конусное седло, а цилиндр штангового насоса имеет посадочную коническую поверхность и установлен ею в опорном конусном седле, причем цилиндр штангового насоса имеет, по меньшей мере, одно отверстие и опорное конусное седло имеет отверстие, совмещенное с одним из отверстий указанного цилиндра и соединенное с дополнительным всасывающим клапаном. При этом между опорным конусным седлом и посадочной конической поверхностью цилиндра могут быть установлены два кольцевых уплотнения выше и ниже радиальных отверстий. На опорное конусное седло верхней приемной камеры, связанной жестко с колонной насосно-компрессорных труб, устанавливается цилиндр с нижней приемной камерой путем посадки конуса в седло, и полость цилиндра разобщается от насосно-компрессорных труб и хвостовика. Гидравлическая связь цилиндра со скважиной осуществляется через клапаны верхней и нижней приемных камер.

На чертеже схематично представлена конструкция скважинной штанговой насосной установки. Установка содержит колонну 1 насосно-компрессорных труб (НКТ), на которой установлена кольцевая вставка 2 с дополнительным клапаном 3. Внутри кольцевой вставки 2 - опорное конусное седло 4 с радиальным каналом 5, обеспечивающим гидравлическую связь всасывающего клапана 3 с опорным конусным седлом 4. Цилиндр 6 штангового насоса с нижней приемной камерой 7 для воды и основным всасывающим клапаном 8 при установке его своей посадочной конусной поверхностью 9 садится на опорное конусное седло 4 и разобщает цилиндр 6 от колонны 1 насосно-компрессорных труб и хвостовика 10, который при этом кольцевой вставкой 1 разобщен и от насосно-компрессорных труб 1. Полость цилиндра 6 с помощью одного из радиальных отверстий 11 в стенках цилиндра 6, радиального канала 5 и всасывающего клапана 3 гидравлически связана с затрубным пространством скважины, а через основной всасывающий клапан 8 - с хвостовиком 10.

В цилиндре 6 штангового насоса размещен плунжер 12 с нагнетательным клапаном 13. В кольцевых проточках кольцевой вставки 2 установлены уплотнительные клапанные элементы 14, герметизирующие радиальные отверстия 11 и канал 5.

Скважинная штанговая насосная установка работает следующим образом. Когда плунжер 12 находится в крайнем нижнем положении, давление под ним соответствует величине давления на выходе насоса, при этом нагнетательный клапан 13 еще открыт, а всасывающие клапаны 3, 8 закрыты. Под плунжером 12 в этот момент находится пластовая вода. При ходе плунжера 12 вверх нагнетательный клапан 13 закрывается, в приемной камере 7 давление снижается и в момент равенства давлений в приемной камере 7 и у выхода всасывающего клапана 8 последний открывается и в полость цилиндра 6 поступает вода из хвостовика 10.

Поступление воды в полость цилиндра 6 продолжается до тех пор, пока торец плунжера 12 не достигнет дополнительного клапана 3 приемной камеры 2. В этот момент открывается дополнительный всасывающий клапан 3 для нефти, а основной всасывающий клапан 8 для воды закрывается, т.к. давление в цилиндре 6 возрастает до величины давления у приема всасывающего клапана 3. При этом в цилиндр 6 начинает поступать нефть из затрубного пространства скважины. Более высокое давление у приема верхнего всасывающего клапана 3 обусловлено тем, что по хвостовику 10 и затрубному пространству скважины извлекаются флюиды с различной плотностью.

Поступление в цилиндр 6 продукции из затрубного пространства продолжается до тех пор, пока плунжер 12 не достигнет крайнего верхнего положения. В этот момент верхняя часть цилиндра 6 будет заполнена нефтью или нефтегазовой смесью, а нижняя его часть - пластовой водой. Линия раздела воды и нефти проходит в том месте, где вводится нефть в полость цилиндра 6. Объем воды, заполнившей нижнюю часть цилиндра 6, равен объему воды, поступившей на забой скважины за один цикл работы насоса. Это соотношение между отбором и притоком флюида достигается подгонкой плунжера 12, т.е. регулировкой расстояния от всасывающего клапана 8 нижней приемной камеры 7 до плунжера 12 при крайнем нижнем его положении. При движении плунжера 12 вниз дополнительный всасывающий клапан 3 закрывается и давление в цилиндре 6 начинает подниматься. В момент равенства давлений над и под плунжером 12 открывается нагнетательный клапан 13 и нефть или нефтегазовая смесь перетекает из цилиндра 6 в колонну 1 насосно-компрессорных труб. Этот процесс продолжается до тех пор, пока плунжер 12 не достигнет линии раздела нефти и воды в цилиндре 6. В дальнейшем при перемещении плунжера 12 вниз в колонну 1 насосно-компрессорных труб поступает пластовая вода. Это будет продолжаться до того момента, пока плунжер 12 не займет крайнее нижнее положение.

При ходе плунжера 12 вверх цикл работы насоса повторится.

Конструкция предназначена для использования в нефтедобыче, а именно в установках для откачки эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей из глубоких скважин. Установка содержит колонну насосно-компрессорных труб с хвостовиком и штанговый насос вставного исполнения с основным всасывающим клапаном. Колонна имеет опорное конусное седло, в котором своей посадочной конической поверхностью установлен цилиндр штангового насоса. Радиальные отверстия и канал сообщают полость цилиндра с дополнительным всасывающим клапаном. Изобретение позволит повысить текущую добычу нефти из глубоких нефтяных скважин и увеличить ресурс наработки глубинного оборудования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Скважинная штанговая насосная установка для откачки эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей, содержащая колонну насосно-компрессорных труб с хвостовиком, штанговый насос с основным всасывающим клапаном и дополнительный всасывающий клапан, отличающаяся тем, что колонна насосно-компрессорных труб имеет опорное конусное седло, а цилиндр штангового насоса имеет посадочную коническую поверхность и установлен ею в опорном конусном седле, при этом указанный цилиндр имеет, по меньшей мере, одно отверстие, совмещенное с каналом в опорном конусном седле, соединенным с дополнительным всасывающим клапаном. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между опорным конусным седлом и посадочной конической поверхностью цилиндра насоса установлены два кольцевых уплотнения соответственно выше и ниже мест сообщения отверстий и канала.