УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСОСНОГО ПОДЪЕМА ЖИДКОСТИ ИЗ СКВАЖИНЫ Российский патент 2004 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к области эксплуатации скважин и предназначено для принудительного подъема жидкости из скважин в тех случаях, когда она не поднимается на поверхность из-за недостатка пластовой энергии или пластового давления. В частности, заявляемое изобретение может быть использовано в нефтяных и водяных скважинах, когда высота подъема пластовых жидкостей не достигает поверхности и требуется их насосная откачка.

Известно устройство [1] для эксплуатации нефтяных скважин штанговыми насосами, представляющее наиболее распространенный способ добычи нефти, охватывающий более 65% действующего фонда скважин. Штанговая насосная установка показана на фиг.1 и состоит из станка-качалки (1), устьевого сальника (2), колонны насосно-компрессорных труб НКТ (3), колонны насосных штанг (4), а также вставного (5) или невставного (6) скважинного насоса поршневого типа.

Данное устройство является аналогом предлагаемого. К его основным недостаткам можно отнести следующие:

1) малая производительность, особенно при большой глубине скважин;

2) ограничения по содержанию механических примесей до 1.3 г/л и свободного газа на приеме насоса не более 10%;

3) необходимость использовать для привода насоса колонну насосных штанг, в динамике они подвергаются значительному износу, поломкам от знакопеременных нагрузок, а также интенсивно изнашивают подъемную колонну труб;

4) система цилиндр - поршень (плунжерная пара) быстро выходит из строя и требует периодической замены;

5) необходимость использования подъемной колонны из насосно-компрессорных труб.

Известны [2] глубинные насосы поршневого типа, приводимые в действие реверсивным механическим приводом от станка-качалки, где используется подвеска поршня на полых штангах без применения насосно-компрессорных труб. Насосный узел показан на фиг.2. Здесь имеется цилиндр насоса (1), оборудованный внизу приемным обратным клапаном (2), поршень (3) жестко соединенный через обратный клапан (4) с колонной полых штанг (5).

Данное устройство по совокупности элементов и принципу работы является наиболее близким аналогом к заявляемому и поэтому принято нами за прототип.

К основным недостаткам прототипа относятся следующие:

1) неуравновешенность давления на поршень при ходе вниз приводит к сжатию и продольному изгибу низа колонны насосных труб;

2) за счет изгибов колонны насосных труб поршень подвергается перекосам, в результате чего имеет место его быстрый износ и возможны поломки;

3) при больших газовых факторах производительность насоса резко падает;

4) попадание песка в рабочую камеру приводит к отказам работы насоса;

5) данная конструкция насосной пары работает только на отбор жидкости и не позволяет осуществлять очистку призабойной зоны в скважине от кольматации, например, за счет переменного гидроимпульсного воздействия;

6) невозможность производить откачку высоковязких нефтей.

Предлагаемое устройство для насосного подъема жидкости из скважин, включающее колонну труб и систему цилиндр - поршень, установленную на нижнем конце колонны и приводимую в действие реверсивным механическим приводом от станка-качалки, имеет конструктивное исполнение, где цилиндр жестко соединен с колонной подъемных труб, между подъемной колонной и цилиндром установлен обратный клапан, разобщающий полость колонны и полость цилиндра, а поршень выполнен с проходным отверстием, сверху перекрытым обратным клапаном, и гидравлически сочленен с камерой замещения, которая выполнена в виде резервуара с боковыми окнами, изнутри или снаружи перекрытыми фильтром, и гидравлически соединяющими полость камеры с полостью скважины, при этом камера замещения нижней частью закреплена в скважине. Объем камеры замещения больше или равен объему цилиндра.

Предлагаемое устройство показано на фиг.3 в разрезе и состоит из колонны подъемных труб (1), цилиндра (2), клапана (3), разделяющего цилиндр от колонны труб, поршня (4), имеющего сверху обратный клапан (5) и соединенного с камерой замещения (6). Камера замещения (6) имеет боковые окна, закрытые фильтром (7). Низ камеры замещения закреплен к забою скважины.

Устройство работает следующим образом. Нефть поступает в скважину через перфорационные отверстия в эксплуатационной обсадной колонне и создает в полости скважины определенный статический уровень. При ходе подъемной колонны (1) вверх в цилиндре (2) создается разряжение и нефть под действием перепада давлений столба жидкости в скважине и разряжения в цилиндре идет через фильтры в камеру замещения (6) и оттуда через поршень (4) в цилиндр (2). При ходе подъемной колонны (1) вниз обратный клапан (5) закрывается, а обратный клапан (3) открывается и нефть вытесняется поршнем (4) из цилиндра (2) в полость колонны. Затем процесс повторяется с периодом полного цикла качания.

Пример реализации заявляемого устройства.

Устройство, показанное на фиг.3, соединяется с колонной НКТ и опускается в скважину под уровень находящегося там столба жидкости. Камера замещения закрепляется к забою скважины или к обсадной колонне, например с помощью якоря. Колонна НКТ или полых штанг подвешивается на станок-качалку, устье скважины герметизируется планшайбой и сальником. Ход поршня в насосной паре подбирается и регулируется по весовым показателям на подвеске. Затем насосная установка запускается в работу.

Для снижения трения и износа поршень насосной пары может быть изготовлен из полимерных и композитных материалов. Фильтр в камере замещения также может быть изготовлен из различных материалов с заданной просветностью.

Основные преимущества заявляемого устройства по сравнению с аналогами и прототипом:

1. Возможность работать при больших газовых факторах и повышенной вязкости нефтей.

2. Исключается износ насосной пары и образование песчаных пробок внутри лифтовой колонны, т.к. фильтр задерживает песок.

3. Упрощается конструкция подземного оборудования.

4. Не ограничивается производительность глубинного насоса.

5. Возможность одновременного гидроимпульсного воздействия на пласт в зоне перфорации для стимулирования притока нефти и очистки дренажных каналов (косые стрелки на фиг.3 показывают направление всасывания и выплеска жидкости из-под поршня в скважину).

6. За счет установки верхнего обратного клапана отсекается влияние гидростатического давления столба жидкости в колонне на поршень и тем самым предотвращается продольный изгиб низа колонны, т.к. она находится в постоянно растянутом состоянии.

Источники информации

1. Нефтепромысловое оборудование. Справочник. М., “Недра”, 1990 г., с.53-88.

2. Муравьев И.М., Базлов М.Н., Жуков А.И., Чернов Б.С. Технология и техника добычи нефти и газа. М., “Недра”, 1971 г., с.389-396.

Устройство предназначено для использования в области эксплуатации скважин для принудительного подъема жидкости из них в тех случаях, когда она не поднимается на поверхность из-за недостатка пластовой энергии или пластового давления. Включает колонну труб и систему цилиндр - поршень, установленную на нижнем конце колонны и приводимую в действие реверсивным механическим приводом от станка-качалки. Цилиндр жестко соединен с колонной подъемных труб. Между подъемной колонной и цилиндром установлен обратный клапан, разобщающий полость колонны и полость цилиндра. Поршень выполнен с проходным отверстием, сверху перекрытым обратным клапаном, и гидравлически сочленен с камерой замещения. Последняя выполнена в виде замкнутого резервуара с боковыми окнами, изнутри или снаружи перекрытыми фильтром и гидравлически соединяющими полость камеры с полостью скважины. Камера замещения нижней частью закреплена в скважине. Объем камеры замещения больше или равен объему цилиндра. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для насосного подъема жидкости из скважин, включающее колонну труб и систему цилиндр - поршень, установленную на нижнем конце колонны и приводимую в действие реверсивным механическим приводом от станка-качалки, отличающееся тем, что цилиндр жестко соединен с колонной подъемных труб, между подъемной колонной и цилиндром установлен обратный клапан, разобщающий полость колонны и полость цилиндра, а поршень выполнен с проходным отверстием, сверху перекрытым обратным клапаном, и гидравлически сочленен с камерой замещения, которая выполнена в виде замкнутого резервуара с боковыми окнами, изнутри или снаружи перекрытыми фильтром и гидравлически соединяющими полость камеры с полостью скважины, при этом камера замещения нижней частью закреплена в скважине.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объем камеры замещения больше или равен объему цилиндра.