СКВАЖИННАЯ ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2003 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к технике добыче нефти, а именно к скважинным штанговым насосным установкам, используемым при добыче вязких нефтей и нефтяных эмульсий.

Известны скважинные штанговые установки (авт. св. СССР 662701, Е 21 В 43/00, oп. 15.05.79 и авт. св. СССР 931961, F 04 В 47/02, oп. 30.05.82), включающие насос, колонны насосно-компрессорных труб и штанг, пневмокомпенсаторы, выполненные в виде установленных на колонне насосных труб или штанг патрубков. Компенсаторы необходимы для снижения нагрузок на колонну штанг.

Недостатком известных устройств является низкая степень надежности, так как пневмокомпенсаторы снижают пульсацию давления жидкости в колонне насосно-компрессорных труб, не оказывая влияния на величину нагрузок, возникающих в насосных штангах и обусловленных действием сил инерции. Кроме того, установки с пневмокомпенсаторами неэффективны при работе в жидких средах с низким газосодержанием.

Известна скважинная насосная установка, включающая насос, колонны насосно-компрессорных труб и насосных штанг и соединяющие головки верхней и нижней штанг компенсаторы, выполненные в виде закрепленных на колонне насосных штанг стаканов с отверстием в днище и упругим элементом, связанным с днищем стакана и головкой нижней штанги. Головка нижней штанги выполнена ступенчатой (К. Р.Уразаков и др. Нефтепромысловое оборудование для кустовых скважин. - М.: Недра, 1999, с. 108). Недостатком известной конструкции установки является низкая эффективность работы, из-за невозможности уменьшить инерционные нагрузки, действующие в точке подвеса колонны штанг при ее ходе вниз. Кроме этого, конструкция имеет низкую степень надежности из-за повышенного износа крутящихся поверхностей ступени головки нижней штанги и упругого элемента вследствие изгиба и вращения колонны штанг, обусловленных спиральной формой оси скважины.

Таким образом, возникла проблема повышения эффективности работы скважинной штанговой установки, содержащей компенсаторы с упругим элементом.

Технический результат - уменьшение инерционных нагрузок в точке подвеса колонны штанг при ее ходе вверх и вниз.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной скважинной штанговой насосной установке, включающей насос, колонны насосно-компрессорных труб и штанг и компенсаторы, каждый из которых выполнен в виде стакана, соединяющего головки верхней и нижней штанг, при этом стакан снабжен регулировочным средством и упругим элементом, связанным с днищем стакана и ступенью большего диаметра головки нижней штанги, согласно изобретению, стакан компенсатора выполнен с крышкой, связанной с головкой верхней штанги, и дополнительно снабжен упругим элементом, связанным с крышкой стакана и ступенью большего диаметра головки нижней штангой и направляющими средствами, причем жесткость упругого элемента, связанного с днищем стакана, больше жесткости упругого элемента, связанного с крышкой стакана, а направляющие средства установлены с возможностью взаимодействия с поверхностью ступени большего диаметра головки нижней штанги, выполненной сферической, при этом регулировочное средство размещено между стаканом и крышкой.

Стакан может быть связан с крышкой резьбовым соединением.

Направляющее средство может быть выполнено в виде шайбы с вогнутой поверхностью.

Регулировочное средство целесообразно выполнить в виде кольца.

Размещение в стакане компенсатора дополнительного упругого элемента, связанного с крышкой стакана и ступенью большего диаметра головки нижней штанги, позволяет уменьшить нагрузки, обусловленные силой инерции и действующие в точке подвеса колонны штанг при ее ходе вниз. В совокупности с упругим элементом аналогичного действия при ходе колонны штанг вверх предлагаемый признак уменьшает величину общей нагрузки.

Разные величины жесткости упругих элементов обусловлены различной силой инерции при ходе колонны вверх и вниз.

Направляющие средства необходимы для увеличения подвижности штанг при эксплуатации насоса в наклонно-направленных скважинах, а также для уменьшения износа упругих элементов вследствие углового смещения и вращения штанги.

На фиг. 1 схематично представлена скважинная штанговая насосная установка, общий вид; на фиг.2 - узел I в разрезе.

Скважинная штанговая насосная установка содержит насос 1, колонны насосно-компрессорных труб 2 и насосных штанг 3 с головками верхней штанги 4 и нижней штанги 5, компенсаторы, выполненные в виде стакана 6, соединенного резьбой с крышкой 7. В полости 8 стакана 6 размещена ступень большего диаметра 9 головки 5 нижней штанги. Между упругими элементами 11 и 12 и ступенью 9 установлены шайбы 13 и 14. Поверхности 15 и 16, по которым шайбы 13 и 14 взаимодействуют со ступенью 9, выполнены сферическими. Между стаканом 6 и крышкой 7 установлено регулировочное кольцо 17.

Скважинная штанговая насосная установка работает следующим образом.

В процессе спуска штанговой колонны 3 стакан 6 и крышка 7 обеспечивают соединение головок 4 и 5 соответственно верхней и нижней штанг. При ходе колонны насосных штанг вверх, когда имеет место наибольшая нагрузка, вначале страгивается верхний участок колонны штанг до места установки первого компенсатора. Далее по мере увеличения нагрузки произойдет сжатие упругого элемента 11 и только после этого начинается движение следующего после компенсатора участка. При достижении головкой балансира станка-качалки верхней точки и начале хода вниз также обеспечивается движение участков колонны штанг 3 до места установки компенсаторов по мере сжатия упругого элемента 12. Так как нагрузки на штанговую колонну при ее ходе вниз меньше, чем при ходе вверх, то упругий элемент 12 имеет жесткость меньше, по сравнению с жесткостью упругого элемента 11. Таким образом, в процессе работы компенсаторы, установленные на штанговой колонне через определенный интервал, снижают инерционную составляющую нагрузки, уменьшая величину общей. Это, в свою очередь, способствует уменьшению количества обрывов насосных штанг. Для регулирования величины деформации упругих элементов в процессе сборки компенсатора служит кольцо 17, устанавливаемое между стаканом 6 и крышкой 7.

Для снижения износа упругих элементов 11 и 12, обусловленного угловым и вращательным движением колонны штанг из-за спиральной формы оси скважины, служат шайбы 13 и 14, установленные между ступенью 9 головки 5 нижней штанги и упругими элементами 11 и 12. В этом случае трущимися являются поверхности 15 и 16 между ступенью 9 и шайбами 13 и 14.

Предлагаемая установка, благодаря снижению инерционных нагрузок на насосные штанги, уменьшает число их обрывов и создает благоприятные условия для работы в наклонно-направленных скважинах при добыче вязких нефтей и нефтяных эмульсий. Кроме того, благодаря тому, что в компенсаторе предусмотрена возможность вращения нижней штанги относительно верхней, предотвращается скручивание штанг.

Устройство предназначено для использования в нефтяной промышленности при добыче вязкой нефти и нефтяных эмульсий. Установка включает насос, насосно-компрессорные трубы, штанги и компенсаторы. Компенсатор представляет собой стакан с крышкой, соединяющий головки верхней и нижней штанг. Головка нижней штанги выполнена ступенчатой. Стакан снабжен двумя упругими элементами, один из которых связан с крышкой, а другой - с днищем стакана. Упругие элементы связаны с направляющими средствами, установленными с возможностью взаимодействия с головкой нижней штанги. Уменьшается число обрывов насосных штанг, создаются благоприятные условия при добыче вязкой нефти из наклонно-направленных скважин, а также предотвращение скручивания штанг. Позволяет уменьшить инерционные нагрузки в точке подвеса штанг при ходе вверх-вниз. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Скважинная штанговая насосная установка, включающая насос, колонны насосно-компрессорных труб и штанг и компенсаторы, каждый из которых выполнен в виде стакана, соединяющего головки верхней и нижней штанг, причем головка нижней штанги выполнена ступенчатой, при этом стакан снабжен регулировочным средством и упругим элементом, связанным с днищем стакана и ступенью большего диаметра головки нижней штанги, отличающаяся тем, что стакан компенсатора выполнен с крышкой, связанной с головкой верхней штанги,. и дополнительно снабжен упругим элементом, связанным с крышкой стакана и ступенью большего диаметра головки нижней штанги и направляющими средствами, причем жесткость упругого элемента, связанного с днищем стакана, больше жесткости упругого элемента, связанного с крышкой стакана, а направляющие средства установлены с возможностью взаимодействия с поверхностью ступени большего диаметра головки нижней штанги, при этом регулировочное средство размещено между стаканом и крышкой. 2. Скважинная штанговая насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что направляющее средство выполнено в виде шайбы с вогнутой поверхностью. 3. Скважинная штанговая насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что регулировочное средство выполнено в виде кольца.