СКВАЖИННАЯ ШТАНГОВАЯ ГЛУБИННО-НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2009 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к технике механизированной добычи нефти, а именно к скважинным штанговым глубинно-насосным установкам, и может быть использовано при добыче вязких, высоковязких и легких нефтей.

Известна 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, и подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер малого и большого диаметров, причем всасывающий клапан установлен в плунжере большого диаметра, длина ступени плунжера большого диаметра равна длине хода плунжеров, груз выполнен одноразмерным по диаметру и связан с нижней частью плунжера большого диаметра, ступень цилиндра большого диаметра снабжена фильтром, расположенным коаксиально грузу с боковыми отверстиями, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения отверстий нагнетательного клапана (Патент РФ №2161268, F04B 47/00, 2002 г.).

Однако известная установка не позволяет достичь того, чтобы газ, содержащийся в нефти, не уменьшал коэффициент подачи насоса, а также исключить утечки добываемой нефти через плунжерную кору и устранить явление зависания колонны штанг при движении вниз, приводящих к обрыву или отвороту штанг.

Известна 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 (НКТ), подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер малого и большого диаметров, причем всасывающий и нагнетательный клапаны установлены в плунжере большого диаметра и выполнены одноразмерными, а полость в плунжере большого 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 большого диаметра до места сочленения равна длине хода плунжеров, груз выполнен одноразмерным по диаметру и связан с нижней частью плунжера большого диаметра, ступень цилиндра большого диаметра снабжена фильтром, расположенным коаксиально грузу с боковыми отверстиями, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения отверстий нагнетательного клапана (Патент РФ №2175402, F04B 47/00, 2001 г.).

Однако в известной установке при ее использовании газ, содержащийся в нефти, не дает возможности уменьшить коэффициент подачи насоса. Наблюдается явление зависания колонны штанг при движении вниз, что приводит к обрыву штанг, а значит, низка производительность насоса, велик расход электроэнергии, велик расход деэмульгаторов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является скважинная штанговая глубинно-насосная установка, содержащая нижний и верхний цилиндры разного диаметра, два полых перемещающихся плунжера, верхний - малого, нижний - большого диаметров, всасывающий и нагнетающий клапаны, причем верхний конец плунжера малого диаметра соединен с колонной штанг при помощи переходника с отверстиями, а его нижний конец соединен при помощи переходника с полой штангой, связанной со штоком объемной муфтой, выполненной в виде переходника с отверстиями, в полости которой выше отверстий расположен шариковый клапан, причем шток проходит через полость нижнего плунжера большего диаметра, а его нижняя часть выполнена с расширяющимся конусообразным утолщением и выполняет с нижним концом плунжера большого диаметра функцию всасывающего и нагнетательного клапана, при этом колонна насосно-компрессорных труб соединена с верхом верхнего цилиндра замковой опорой, а с верхом нижнего цилиндра муфтой, к нижнему концу нижнего цилиндра муфтой крепится фильтр с боковыми отверстиями, на полой штанге между объемной муфтой и нижним плунжером большего диаметра установлена шайба с отверстиями, а в верхней части и в середине нижнего плунжера большего диаметра установлены шайбы - ограничители отклонения штока с отверстиями, а на его нижнем конце внешней поверхности - насадка.

В варианте исполнения установки нижний плунжер большего диаметра выполнен из эластичного материала (Патент РФ №2247864, F04B 47/00, 2005 г.) К недостаткам известной установки можно отнести то, что недостаточно велики коэффициент подачи насоса и стабильность работы насоса при добыче жидкости с высоким содержанием газа и механических примесей.

Задачей настоящего изобретения является создание скважинной штанговой глубинно-насосной установки с увеличенным коэффициентом подачи насоса, позволяющим колонне штанг работать в растянутом состоянии, что приводит к увеличению срока службы колонны штанг и уменьшению износа деталей насоса; достигается стабильность работы насоса.

Поставленная изобретением задача решается так, что в скважинной штанговой глубинно-насосной установке, содержащей цилиндр насоса, два полых перемещающихся плунжера, нагнетательный клапан, соединительные муфты, фильтр с боковыми отверстиями и шток, верхняя часть цилиндра насоса соединяется с колонной насосно-компрессорных труб посредством муфты и нижняя часть цилиндра насоса соединяется посредством муфты с фильтром насоса, имеющим боковые отверстия, внутри цилиндра насоса имеется два плунжера: нижний и верхний, и два нагнетательных клапана, нижний клапан имеет увеличенное проходное сечение и является регулируемым, а верхний клапан нерегулируемый; верхний и нижний плунжеры соединены полуштангой и посредством нагнетательных клапанных узлов; верхний плунжер соединен с колонной штанг посредством полого штока, наружный диаметр которого намного меньше, чем внутренний диаметр плунжера; верхний плунжер сверху и снизу удерживается шайбами с отверстиями и верхним клапанным узлом, на нижнем конце цилиндра насоса расположен всасывающий клапан, состоящий из усеченного конуса, сливного штока с резьбой, навернутого на конус, который для удержания от вращения крепится стержнями.

В варианте исполнения в скважинной штанговой глубинно-насосной установке плунжеры насоса изготовлены из упругоэластичного материала, нижний нагнетательный и седло всасывающего клапанов изготовлены из упругоэластичного материала, а верхний нагнетательный и верхняя часть всасывающего клапанов изготовлены из нержавеющего металла.

На чертеже представлена схема скважинной штанговой глубинно-насосной установки. Установка (Фиг.1) содержит цилиндр насоса 5, соединенный в верхней части посредством муфты 3 с колонной насосно-компрессорных труб и штанг 1, в нижней части посредством муфты 14 с фильтром 15, имеющим боковые отверстия.

Внутри цилиндра насоса 5 имеется два полых плунжера - верхний 6 и нижний 9, и два нагнетательных клапана - верхний 8 и нижний 11, который является регулируемым и надежен при откачке жидкости любой вязкости с содержанием абразивных примесей и сероводорода; он имеет увеличенное проходное сечение, что приводит к уменьшению гидравлического сопротивления, обусловленного перепадом давления в клапане насоса. Верхний нагнетательный клапан 8 в сборе может быть изготовлен из нержавеющего металла твердого сплава, например, ВК6-В и является нерегулируемым.

Верхний и нижний плунжеры соединены посредством полуштанги 10 и клапанных узлов 8 и 11.

Верхний плунжер соединен с колонной штанг 2 посредством полого штока 7, наружный диаметр которого намного меньше, чем внутренний диаметр плунжера насоса. Верхний плунжер сверху и снизу удерживается с помощью шайбы 4 с отверстиями и верхним клапанным узлом 8.

На нижнем конце цилиндра насоса расположен всасывающий клапан, состоящий из верхней части 12, седла 13, стержня 16, штока 17. Верхняя часть клапана имеет форму усеченного конуса и может быть сделана из нержавеющего металла твердого сплава ВК6-В. На усеченный конус навернуты сливной шток 17 с резьбой и два металлических стержня 16, удерживающие усеченный конус от вращения. При подъеме НКТ отворачивается сливной шток 17 и НКТ поднимается без жидкости. Такие клапаны имеют большие проходные сечения, что способствует улучшению заполнения цилиндра насоса, и к тому же они не подвергаются коррозии.

Оба плунжера, нижний нагнетательный клапан и седло всасывающего клапана могут быть изготовлены из упругоэластичного материала.

Скважинная штанговая глубинно-насосная установка работает следующим образом.

При ходе плунжеров вверх закрываются нагнетательные клапана 6, 9, 8, 11 и открывается всасывающий клапан 13, происходит поступление жидкости в нижнюю часть цилиндра насоса. Жидкость, находящаяся под верхним плунжером, поднимается по колонне НКТ вверх. Под действием давления жидкости происходит расширение плунжеров и плотное прилегание к внутренней стенке цилиндра насоса, в результате отсутствуют утечки через зазор плунжер - цилиндр насоса. При ходе плунжеров вниз закрывается всасывающий клапан 13, открываются нагнетательные клапаны 8, 11, происходит поступление жидкости через полый шток в колонну НКТ. При этом нагрузка на колонну штанг, способствующая погружению в вязкую среду, создается массой столба жидкости на разность площадей сечений плунжера и полого штока, что приводит к устранению продольного изгиба нижней части колонны штанг.

Создаваемая нагрузка весом столба жидкости обеспечивает работу колонны штанг в режиме растяжения. В результате уменьшается количество подземных ремонтов скважин из-за выхода из строя колонны штанг и увеличивается коэффициент подачи насоса за счет уменьшения периодической деформации колонны штанг.

Заявленная установка имеет ряд преимуществ:

- при работе насосной установки колонна штанг работает в растянутом состоянии, что приводит к увеличению коэффициента подачи насоса до 50% и к увеличению срока службы колонны штанг;

- улучшается герметичность между плунжером и цилиндром насоса, что исключает попадание механических частиц в зазор плунжер - цилиндр, за счет чего уменьшается износ цилиндра;

- плунжеры, нагнетательные клапаны и седло всасывающего клапана не подвергаются коррозии в любых агрессивных средах;

- достигается стабильность работы насоса при добыче жидкости с высоким содержанием газа и механических примесей;

- снижается гидравлическое сопротивление, обусловленное перепадом давления в клапане насоса, что приводит к увеличению коэффициента наполнения цилиндра насоса и уменьшению амплитуды нагрузок на колонну штанг.

Установка предназначена для использования при добыче вязкой, высоковязкой и легкой нефти. Установка содержит цилиндр насоса, два полых перемещающихся плунжера - нижний и верхний. Верхняя часть цилиндра насоса соединяется с колонной насосно-компрессорных труб посредством муфты. Нижняя часть цилиндра насоса соединяется посредством муфты с фильтром насоса. Внутри цилиндра насоса имеется два нагнетательных клапана. Нижний клапан имеет увеличенное проходное сечение и является регулируемым. Верхний клапан нерегулируемый. Верхний и нижний плунжеры соединены полуштангой и посредством нагнетательных клапанных узлов. Верхний плунжер соединен с колонной штанг посредством полого штока. Наружный диаметр штока меньше, чем внутренний диаметр плунжера, который сверху и снизу удерживается шайбами с отверстиями и верхним клапанным узлом. На нижнем конце цилиндра насоса расположен всасывающий клапан, состоящий из усеченного конуса, сливного штока с резьбой, навернутого на конус, который для удержания от вращения крепится стержнями. Увеличивается коэффициент подачи насоса, увеличивается срок службы колонны, достигается стабильность работы насоса. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Скважинная штанговая глубинно-насосная установка, содержащая цилиндр насоса, два полых перемещающихся плунжера, нагнетательный клапан, соединительные муфты, фильтр с боковыми отверстиями, шток, отличающаяся тем, что верхняя часть цилиндра насоса соединяется с колонной насосно-компрессорных труб посредством муфты и нижняя часть цилиндра насоса соединена посредством муфты с фильтром насоса, имеющим боковые отверстия, внутри цилиндра насоса имеется два плунжера - нижний и верхний - и два нагнетательных клапана, причем нижний клапан имеет увеличенное проходное сечение и является регулируемым, а верхний клапан нерегулируемый, верхний и нижний плунжеры соединены полуштангой и посредством нагнетательных клапанных узлов, верхний плунжер соединен с колонной штанг посредством полого штока, наружный диаметр которого меньше чем внутренний диаметр плунжера, верхний плунжер сверху и снизу удерживается шайбами с отверстиями и верхним клапанным узлом, на нижнем конце цилиндра насоса расположен всасывающий клапан, состоящий из усеченного конуса, сливного штока с резьбой, навернутого на конус, который для удержания от вращения крепится стержнями.

2. Скважинная штанговая глубинно-насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что плунжеры насоса изготовлены из упругоэластичного материала.

3. Скважинная штанговая глубинно-насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что нижний нагнетательный и седло всасывающего клапанов изготовлены из упругоэластичного материала.

4. Скважинная штанговая глубинно-насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что верхний нагнетательный и верхняя часть всасывающего клапанов изготовлены из нержавеющего металла.