ШТАНГОВАЯ СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ ЖИДКОСТИ И ГАЗА Российский патент 2004 года по МПК E21B43/00 F04B47/00 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для откачивания жидкости и газа из добывающих скважин с высоким газовым фактором, а также для скважин, где эксплуатацию осуществляют при динамических уровнях на приеме штангового насоса.

Известна штанговая насосная установка для добычи жидкости и газа из добывающей скважины, включающая кожух, внутренний и наружный фильтры, цилиндр с всасывающим клапаном, радиальным отверстием и продольным конусным каналом, при этом в цилиндре установлен плунжер с нагнетательным клапаном таким образом, чтобы в конце его восходящего хода происходило открытие радиального отверстия цилиндра и продольного конусного канала для сообщения внутренней полости цилиндра с внутренней полостью насосно-компрессорных труб и обеспечения дросселирования отсепарированной жидкости (1).

Недостаток штанговой насосной установки для добычи жидкости и газа из добывающей скважины заключается в следующем.

1. Во время проведения подземного ремонта скважины при спуске труб и штанг во внутреннюю полость цилиндра могут попасть различные частицы и предметы, что приведет к засорению всасывающего и нагнетательного клапанов, в результате чего потребуются дополнительные затраты на очистку клапанов от засорения.

2. В процессе работы кольцевое пространство между кожухом и цилиндром, которое расположено выше радиального отверстия, сообщается с надплунжерной полостью цилиндра, поэтому в этой части кольцевого пространства не происходит накапливания отсепарированной жидкости, в результате в подплунжерную часть цилиндра в конце восходящего хода плунжера из кольцевого пространства поступает неотсепарированная жидкость, а так как она входит в область пониженного давления, из нее в первую очередь прорывается газ, дополнительно увеличивая газосодержание в жидкости, поступаемой в подплунжерную часть цилиндра, в конечном итоге это приводит к тому, что при ходе плунжера вверх из жидкости, которая остается во вредном пространстве, выделяется газ, занимая определенный объем. Таким образом, в каждом цикле откачки количество поступаемой жидкости из межтрубного пространства в цилиндр будет уменьшаться на величину этого объема.

3. Для устранения неисправности и ревизии установки и выполнения различных технологических операций в процессе эксплуатации необходимо поднимать из скважины на поверхность насосно-компрессорные трубы, что ведет к увеличению продолжительности подземного ремонта и связанных с ним затрат, особенно на глубоких скважинах и на скважинах, требующих частого подъема и спуска штанговой насосной установки для добычи жидкости и газа.

Техническая задача - увеличение добычи жидкости и газа, повышение надежности в работе, унификация узлов и деталей, сокращение продолжительности подземного ремонта и связанных с ним затрат на скважинах, оборудованных штанговой скважинной насосной установкой для добычи жидкости и газа.

Техническая задача выполняется следующим образом.

Штанговая скважинная насосная установка для добычи жидкости и газа, включающая кожух, внутренний и наружный фильтры, цилиндр с всасывающим клапаном, где установлен плунжер с возможностью открытия в конце его восходящего хода отверстия и продольного канала переменного сечения для сообщения подплунжерной полости цилиндра с внутренней полостью насосно-компрессорных труб и обеспечения дросселирования отсепарированной жидкости, снабжена полым штоком, фильтром, ловильным штоком, автосцепом, при помощи которых плунжер соединен с насосными штангами, кроме того, полый шток пропущен через внутренний фильтр, который установлен в трубе с упором в цилиндр, а при подъеме насосных штанг - с упором в плунжер, при этом внутренний фильтр в нижней части имеет наружный выступ для предотвращения попадания посторонних частиц и предметов в зону размещения всасывающего и нагнетательного клапанов, а цилиндр в верхней части снабжен радиальными отверстиями, ниже которых на определенном расстоянии размещено дроссельное отверстие, соединенное с внутренней круговой проточкой, предназначенной для разгрузки плунжера в конце его восходящего хода от силы давления жидкости, действующей через дроссельное отверстие, проходное сечение которого подобрано расчетным или экспериментальным путем таким образом, чтобы отсутствовали гидравлические удары в процессе работы, и в подплунжерную полость цилиндра за время движения плунжера выше дроссельного отверстия поступало необходимое количество отсепарированной жидкости для получения в каждом цикле откачки максимального коэффициента наполнения, а для обеспечения стабильной расходной характеристики при дросселировании и повышения надежности в работе в условиях загрязнения перекачиваемой жидкости и действия высокого перепада давления между надплунжерной и подплунжерной полостями цилиндра в конце восходящего хода плунжера внутри цилиндра выполнены с переменным или постоянным сечением продольное углубление по его окружности или продольные каналы с профилем, наименее чувствительным к загрязнениям, которые гидравлически связаны с внутренней круговой проточкой и с дроссельным отверстием, проходное сечение которого в этих случаях увеличено для предотвращения его засорения, при этом в нижней части цилиндр посредством корпуса всасывающего клапана соединен с нижней муфтой, присоединенной к наружному фильтру с заглушкой и кожуху, который верхним концом связан с верхней муфтой и трубой при помощи муфты-центратора, где имеется внутренний выступ, предназначенный для устранения поперечных перемещений и центрирования цилиндра в кожухе в процессе работы, а также для предотвращения попадания посторонних частиц и предметов из внутренней полости насосно-компрессорных труб в зону размещения всасывающего и нагнетательного клапанов, кроме того, штанговая скважинная насосная установка для добычи жидкости и газа отличается тем, что снабжена замковой опорой, предназначенной для посадки и уплотнения цилиндра, спуск и подъем которого осуществляется на насосных штангах, при этом они соединены с плунжером посредством фильтра и полого штока, внутренний фильтр жестко соединен с цилиндром, а кожух нижним концом соединен с опорной муфтой замковой опоры, где установлено опорное кольцо, в которое плотно посажен конус, закрепленный на корпусе всасывающего клапана цилиндра шпинделем анкерным с пружинным замком, который зафиксирован на нем контргайкой и контрмуфтой, соединенной с наружным фильтром с заглушкой, причем длина хода станка качалки установлена на максимальное значение для увеличения текущей добычи жидкости и газа и исключения затрат, связанных с изменением хода станка-качалки в процессе эксплуатации.

На фиг.1, 2 и 3 изображена штанговая скважинная насосная установка для добычи жидкости и газа, цилиндр которой спускают и поднимают при подземном ремонте скважины на насосно-компрессорных трубах; на фиг.4, 2 и 5 изображена штанговая скважинная насосная установка для добычи жидкости и газа, цилиндр которой спускают и поднимают на насосных штангах; на фиг.6 изображено продольное углубление переменного сечения, выполненное на цилиндре; на фиг.7 - продольное углубление постоянного сечения; на фиг.8 - продольные каналы переменного сечения; на фиг.9 - продольные каналы постоянного сечения.

Штанговая скважинная насосная установка для добычи жидкости и газа, оснащенная цилиндром, спуск и подъем которого при подземном ремонте скважины производится на насосно-компрессорных трубах (фиг.1, 2 и 3), состоит из кожуха 11, соединенного верхним концом с трубой 4 и верхней муфтой 1 посредством муфты-центратора 6, где имеется внутренний выступ 7, предназначенный для устранения поперечных перемещений и центрирования цилиндра 12 в кожухе 11 в процессе работы, а также для предотвращения попадания посторонних частиц и предметов из внутренней полости насосно-компрессорных труб в зону размещения всасывающего и нагнетательного клапанов 15 и 14, нижним концом кожух 11 соединен с нижней муфтой 19, с которой также соединен наружный фильтр 17 с заглушкой 18 и цилиндр 12 при помощи корпуса 16, всасывающего клапана 15, при этом цилиндр 12 размещен в кожухе 11 и имеет в верхней части радиальные отверстия 8, ниже которых на определенном расстоянии размещено дроссельное отверстие 9, соединенное с внутренней круговой проточкой 10, предназначенной для разгрузки плунжера 13 в конце его восходящего хода от силы давления жидкости, действующей через дроссельное отверстие 9, а для обеспечения стабильной расходной характеристики при дросселировании и повышения надежности в работе в условиях загрязнения перекачиваемой жидкости и действия высокого перепада давления между надплунжерной полостью и подплунжерной полостью Г цилиндра 12 в конце восходящего хода плунжера 13 внутри цилиндра 12 предусмотрены переменного или постоянного сечения продольное углубление 30 или 31, или продольные каналы 32 или 33, которые гидравлически связаны с дроссельным отверстием 9, проходное сечение которого в этих случаях увеличено для предотвращения его засорения, кроме того, в цилиндре 12 установлен плунжер 13 с нагнетательным клапаном 14, соединенным с насосными штангами 29 при помощи автосцепа (на чертежах не изображен), ловильного штока 21, фильтра 2 и полого штока 5, пропущенного через внутренний фильтр 3, который установлен в трубе 4 с упором в цилиндр 12, а при подъеме насосных штанг 29 - с упором в плунжер 13, при этом внутренний фильтр 3 в нижней части имеет наружный выступ 20 для предотвращения попадания посторонних частиц и предметов из внутренней полости насосно-компрессорных труб в зону размещения всасывающего и нагнетательного клапанов 15 и 14.

Штанговая скважинная насосная установка для добычи жидкости и газа, цилиндр которой спускают и поднимают на насосных штангах (изображена на фиг.4, 2 и 5) отличается тем, что снабжена замковой опорой, предназначенной для посадки и уплотнения цилиндра 12, при этом насосные штанги 29 соединены с плунжером 13 посредством фильтра 2 и полого штока 5, кроме того, внутренний фильтр 3 жестко соединен с цилиндром 12, а кожух 11 нижним концом соединен с опорной муфтой 28 замковой опоры, где установлено опорное кольцо 26, в которое плотно посажен конус 27, закрепленный на корпусе 16 всасывающего клапана 15 цилиндра 12 шпинделем анкерным 25 с пружинным замком 24, который зафиксирован на нем контргайкой 23 и контрмуфтой 22, соединенной с наружным фильтром 17 с заглушкой 18.

Штанговая скважинная насосная установка для добычи жидкости и газа работает следующим образом.

При подземном ремонте на насосно-компрессорных трубах и насосных штангах 29 в скважину на заданную глубину спускают штанговую скважинную насосную установку для добычи жидкости и газа в собранном виде, как это изображено на прилагаемых чертежах фиг.1, 2 и 3 или фиг.4, 2 и 5, при необходимости внутри их цилиндра 12 выполнены с переменным или постоянным сечением продольное углубление 30 или 31 или продольные каналы 32 или 33, которые гидравлически связаны с дроссельным отверстием 9 и внутренней круговой проточкой 10.

Откачка газожидкостной смеси, поступающей из пласта и свободного газа, скапливающегося в межтрубном пространстве, и нагнетание их на земную поверхность осуществляется в следующей последовательности.

При ходе насосных штанг 29 и, следовательно, плунжера 13 вверх - нагнетательный клапан 14 закрывается под действием собственного веса и давления столба жидкости, действующего на него сверху, и под плунжером 13 в цилиндре 12 создается разряжение, в результате чего из межтрубного пространства через наружный фильтр 17, приподнимая всасывающий клапан 15 в подплунжерную полость Г цилиндра 12, начинает поступать газожидкостная смесь или свободный газ, одновременно из полости Б между полым штоком 5, цилиндром 12 и внутренним фильтром 3 за счет перемещения плунжера 13 вытесняется отсепарированная жидкость в полость А между полым штоком 5 и трубой 4. В конце восходящего хода, когда нижний торец плунжера 13 в цилиндре 12 проходит дроссельное отверстие 9 и связанную с ним внутреннюю круговую проточку 10 в подплунжерную полость Г цилиндра 12 через дроссельное отверстие 9 из полостей В, Б и А начинает поступать отсепарированная жидкость под действием давления столба жидкости, находящегося в насосно-компрессорных трубах, при этом отсепарированная жидкость стремится занять в подплунжерной полости Г цилиндра 12 нижнее положение, а газ, соответственно, - верхнее. В дальнейшем по мере движения плунжера 13 вверх в подплунжерной полости Г цилиндра 12 постепенно повышается давление до величины давления столба жидкости, действующего на нагнетательный клапан 14 сверху, при этом свободный газ растворяется в верхних слоях газожидкостной смеси, которая обычно состоит из легких фракций. В результате того, что при каждом цикле откачки в конце восходящего хода плунжера 13 в подплунжерную полость Г цилиндра 12 поступает отсепарированная жидкость, увеличивается коэффициент наполнения штанговой скважинной насосной установки для добычи жидкости и газа, это объясняется тем, что при ходе плунжера 13 вверх из жидкости, которая остается во вредном пространстве, практически не выделяется газ, следовательно, увеличивается полезный объем, в который может поступить газожидкостная смесь из межтрубного пространства.

При ходе плунжера 13 вниз перекрывается внутренняя круговая проточка 10 и дроссельное отверстие 9 и жидкость из подплунжерной полости Г цилиндра 12, приподнимая нагнетательный клапан 14, поступает в полый шток 5, далее через фильтр 2 - во внутреннюю полость насосно-компрессорных труб, где по стенкам движется жидкостный слой, часть которого постепенно за счет гравитационных сил стекает вниз, попадая в полость А между полым штоком 5 и трубой 4, в полость Б между полым штоком 5, цилиндром 12 и внутренним фильтром 3 и в полость В между цилиндром 12 и кожухом 11, которые гидравлически связаны между собой через отверстия внутреннего фильтра 3 и радиальные отверстия 8 цилиндра 12.

Таким образом, применение штанговой скважинной насосной установки для добычи жидкости и газа в таком исполнение позволит:

1. Увеличить коэффициент ее наполнения и, соответственно, текущую добычу жидкости и газа за счет обеспечения поступления в подплунжерную полость цилиндра в конце восходящего хода плунжера в каждом цикле откачки необходимого количества отсепарированной жидкости, это достигается благодаря применению полого штока, который не позволяет отсепарированной жидкости смешиваться с газожидкостной смесью, поступающей в надплунжерную полость цилиндра и полость полого штока.

2. Повысить надежность в работе и обеспечить стабильную расходную характеристику при дросселировании в условиях загрязнения перекачиваемой жидкости и действия высокого перепада давления между надплунжерной и подплунжерной полостями цилиндра в конце восходящего хода плунжера за счет внутренней круговой проточки, которая разгружает плунжер от силы давления жидкости, действующей через дроссельное отверстие, а также за счет выполнения внутри цилиндра по его окружности продольного углубления или продольных каналов, имеющих преимущество перед дроссельным отверстием в том, что после прохождения плунжера в них не задерживаются частицы, поэтому не происходит их засорение.

3. Сократить затраты на ее изготовление по предлагаемым вариантам за счет унификации узлов и деталей.

4. Сократить продолжительность подземного ремонта и дополнительные затраты на глубоких скважинах и на скважинах, требующих частого подъема и спуска штанговой скважинной насосной установки для устранения возникающих в ней неисправностей и проведения различных технологических операций, связанных с очисткой глубинно-насосного оборудования, ствола скважины, обработкой призабойной зоны скважины и т.д. за счет применения замковой опоры, которая дает возможность производить спуск и подъем цилиндра с плунжером на насосных штангах.

5. Исключить затраты, связанные с изменением длины хода станка-качалки в процессе эксплуатации благодаря тому, что длина хода станка качалки устанавливается на максимальное значение и в дальнейшем нет необходимости переходить на меньшее значение, так как насосная установка позволяет вести эксплуатацию при динамических уровнях на ее приеме и одновременно откачивать свободный газ из межтрубного пространства скважины.

ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ

1. Патент RU № 2186949 С2, 7 Е 21 В 43/00 "Способ добычи жидкости и газа из скважины и штанговая насосная установка для его осуществления" (прототип).

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для откачивания жидкости и газа из добывающих скважин с высоким газовым фактором, а также для скважин, где эксплуатацию осуществляют при динамических уровнях на приеме штангового насоса. Обеспечивает увеличение добычи жидкости и газа, повышение надежности в работе, унификацию узлов и деталей, сокращение продолжительности подземного ремонта на скважинах, оборудованных штанговой скважинной насосной установкой для добычи жидкости и газа. Сущность изобретения: устройство состоит из наземного и подземного оборудования. Подземное оборудование включает кожух, цилиндр с всасывающим клапаном, где установлен плунжер с возможностью открытия в конце его восходящего хода отверстия цилиндра и продольного канала переменного сечения для сообщения подплунжерной полости цилиндра с внутренней полостью насосно-компрессорных труб и обеспечения дросселирования отсепарированной жидкости. Плунжер соединен с насосными штангами при помощи автосцепа, ловильного штока, фильтра и полого штока, пропущенного через внутренний фильтр. Он установлен в трубе с упором в цилиндр, а при подъеме насосных штанг - с упором в плунжер. Внутренний фильтр в нижней части имеет наружный выступ для предотвращения попадания посторонних частиц и предметов в зону размещения всасывающего и нагнетательного клапанов. Цилиндр в верхней части снабжен радиальными отверстиями. Ниже них на определенном расстоянии размещено дроссельное отверстие. Оно соединено с внутренней круговой проточкой. Она предназначена для разгрузки плунжера в конце его восходящего хода от силы давления жидкости, действующей через дроссельное отверстие. Его проходное сечение подобрано расчетным или экспериментальным путем таким образом, чтобы отсутствовали гидравлические удары в процессе работы и в подплунжерную полость цилиндра за время движения плунжера выше дроссельного отверстия поступало необходимое количество отсепарированной жидкости для получения в каждом цикле откачки максимального коэффициента наполнения. Цилиндр в нижней части посредством корпуса всасывающего клапана соединен с нижней муфтой, присоединенной к наружному фильтру с заглушкой и кожуху. Кожух верхним концом связан с верхней муфтой и трубой при помощи муфты-центратора, где имеется внутренний выступ, предназначенный для устранения поперечных перемещений и центрирования цилиндра в кожухе в процессе работы и от попадания посторонних частиц и предметов из внутренней полости насосно-компрессорных труб в зону размещения всасывающего и нагнетательного клапанов. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Штанговая скважинная насосная установка для добычи жидкости и газа, включающая кожух, цилиндр с всасывающим клапаном, где установлен плунжер с возможностью открытия в конце его восходящего хода отверстия цилиндра и продольного канала переменного сечения для сообщения подплунжерной полости цилиндра с внутренней полостью насосно-компрессорных труб и обеспечения дросселирования отсепарированной жидкости, отличающаяся тем, что плунжер соединен с насосными штангами при помощи автосцепа, ловильного штока, фильтра и полого штока, пропущенного через внутренний фильтр, который установлен в трубе с упором в цилиндр, а при подъеме насосных штанг - с упором в плунжер, при этом внутренний фильтр в нижней части имеет наружный выступ для предотвращения попадания посторонних частиц и предметов в зону размещения всасывающего и нагнетательного клапанов, а цилиндр в верхней части снабжен радиальными отверстиями, ниже которых на определенном расстоянии размещено дроссельное отверстие, соединенное с внутренней круговой проточкой, предназначенной для разгрузки плунжера в конце его восходящего хода от силы давления жидкости, действующей через дроссельное отверстие, проходное сечение которого подобрано расчетным или экспериментальным путем таким образом, чтобы отсутствовали гидравлические удары в процессе работы и в подплунжерную полость цилиндра за время движения плунжера выше дроссельного отверстия поступало необходимое количество отсепарированной жидкости для получения в каждом цикле откачки максимального коэффициента наполнения, при этом в нижней части цилиндр посредством корпуса всасывающего клапана соединен с нижней муфтой, присоединенной к наружному фильтру с заглушкой и кожуху, который верхним концом связан с верхней муфтой и трубой при помощи муфты-центратора, где имеется внутренний выступ, предназначенный для устранения поперечных перемещений и центрирования цилиндра в кожухе в процессе работы и от попадания посторонних частиц и предметов из внуренней полости насосно-компрессорных труб в зону размещения всасывающего и нагнетательного клапанов.2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена замковой опорой, предназначенной для посадки и уплотнения цилиндра, спуск и подъем которого при подземном ремонте скважины осуществляется на насосных штангах, при этом они соединены с плунжером посредством фильтра и полого штока, внутренний фильтр жестко соединен с цилиндром, а кожух нижним концом соединен с опорной муфтой замковой опоры, где установлено опорное кольцо, в которое плотно посажен конус, закрепленный на корпусе всасывающего клапана цилиндра шпинделем анкерным с пружинным замком, который зафиксирован на нем контргайкой и контрмуфтой, соединенной с наружным фильтром с заглушкой.3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что для обеспечения стабильной расходной характеристики при дросселировании и повышения надежности в работе в условиях загрязнения перекачиваемой жидкости и действия высокого перепада давления между надплунжерной и подплунжерной полостями цилиндра в конце восходящего хода плунжера внутри цилиндра выполнены с переменным или постоянным сечением продольное углубление по его окружности или продольные каналы с профилем, наименее чувствительным к загрязнениям, при этом они гидравлически связаны с внутренней круговой проточкой и дроссельным отверстием, проходное сечение которого в этих случаях увеличено для предотвращения его засорения.4. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что длина хода станка-качалки установлена на максимальное значение для увеличения текущей добычи жидкости и газа и исключения затрат, связанных с изменением длины хода станка-качалки в процессе эксплуатации.