УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ ГАЗИРОВАННОЙ И НЕГАЗИРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2013 года по МПК F04B47/02 F04B19/14 

Установка для добычи газированной и негазированной жидкости относится к техническим средствам для подъема жидкостей, может быть использована в любых отраслях хозяйственной деятельности для подъема воды, нефти из буровых скважин.

Известена установка для подъема воды из артезианской скважины по патенту 20137 от 2001.02.19, опубликован 2001.10.20, МПК F03B 13/06, включающей скважинный насос, кинематически соединенный с наземным приводом, насосно-компрессорные трубы и устьевое оборудование, в качестве скважинного насоса применяют длинноходовой плунжерный насос с плавающими сегментами, плунжер которого через утяжелитель, амортизатор, гибкую стальную ленту и шкив соединен с наземным приводом, причем шкив соединен также при помощи гибкой стальной ленты с противовесом, установленного в вертикальном шурфе, закрепленного обсадной трубой. Шкив выполнен двухжелобным, в одном из которых размещена гибкая стальная лента, соединяющая шкив с плунжером насоса, а в другом - гибкая стальная лента, соединяющая шкив с противовесом, причем ленты намотаны на шкив в противоположных направлениях. В качестве привода применен реверсивный двигатель с понижающим редуктором и центробежной муфтой на выходном валу. Установка снабжена датчиком положения плунжера насоса, содержащим устройство считывания магнитных меток, нанесенных на гибкую стальную ленту, удаленных друг от друга на расстояние, равное величине хода плунжера, причем устройство считывания содержит геркон, контакты которого электрически соединены со схемой управления реверсивного двигателя.

Данная установка может быть использована только при подъеме воды с небольших глубин. Она сложна при монтаже, так как необходимо дополнительно подготовить шурф. Наличие реверсивного двигателя в приводе установки приводит к усложнению в электрической схеме управления, а в процессе эксплуатации и к усложнению обслуживания. Подача воды происходит циклически, это в конечно счете влияет на производительность установки.

Наиболее близким техническим решением является штанговая скважинная насосная установка (ШСНУ) (Справочник по добыче нефти. Авторы: В.В. Андреев, К.Р. Уразаков, В.У. Далимов и др.; Под ред. К.Р. Уразакова, М. ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000, глава 2).

Штанговая скважинная насосная установка (ШСНУ), содержит станок-качалку, колонну штанг, рабочий цилиндр, поршень и колонну насосно-компрессорных труб.

Циклические разнонаправленные нагрузки, возникающие при работе ШСНУ приводят к частым обрывам штанг, поэтому приходится проводить частые ремонты, а так же достаточно жесткие требования к насосно-компрессорным трубам (НКТ), применяемым при добыче штанговыми насосами, делают производство и эксплуатацию ШСНУ дорогими. У ШГН достаточно строгие требования к содержанию свободного газа (до 25%). Прочность штанг и их деформации ограничивают глубину применения ШГН до 3200 м. Подача добываемой жидкости ШСНУ осуществляется циклически из за работы ШГН в режиме возвратно-поступательного движения в результате падает производительность установки.

Задачей предлагаемого технического решения является добыча газированной и негазированной жидкости с наименьшими энергетическими затратами, при высокой надежности и электробезопасности оборудования и незначительных затратах при изготовлении, эксплуатации и ремонте, в любых отраслях хозяйственной деятельности.

Задача решена за счет установки для добычи газированной и негазированной жидкости, содержащей рабочий цилиндр, поршень и колонну насосно-компрессорных труб, при этом, несколько рабочих цилиндров, закреплены между стыками насосно компрессорных труб герметично, через определенное расстояние, зависящее от расчетного рабочего давления в насосно-компрессорных трубах; поршни прикреплены к цепи по всей ее длине, подвижно закольцованной сквозь загерметизированные, привод цепи, с подъемным, опускающим и натяжным шкивами, направляющий трубопровод, приемно фильтрующую камеру, через направляющий шкив, сквозь рабочие цилиндры и колонну насосно-компрессорных труб, скрепленную с направляющий трубопроводом между собой, и герметично присоединенных к несущему фланцу скважинного насоса; длина рабочих цилиндров, больше чем расстояние между поршнями на цепи; она снабжена отверстиями, для отвода попутного газа, расположенными в насосно-компрессорных трубах, выше нижнего уровня рабочих цилиндров, но ниже стыка их соединения; количество рабочих цилиндров, в зависимости от высоты, на которую необходимо поднять жидкость, определяют по формуле: n=H/h, где n - количество рабочих цилиндров, Н - высота, на которую необходимо поднять жидкость, h - шаг, с которым монтируются рабочие цилиндры.

Техническим эффектом является непрерывный подъем жидкости с больших и малых глубин негазированной и газированной жидкости, с большим содержанием попутного газа, из скважин с малым дебетом, в том числе, за счет постоянной скорости движения цепи с поршнями сквозь рабочие цилиндры, длина которых больше, чем расстояние между поршнями, что обеспечивает в любой момент времени нахождение, как минимум одного, поршня в рабочем цилиндре и это препятствует перетеканию жидкости из колонны насосно-компрессорных труб обратно вниз; удаляют попутный газ в затрубное пространство, за счет расположения отверстий, выше нижнего уровня рабочих цилиндров, но ниже стыка их закрепления. отверстия,

Установка для добычи газированной и негазированной жидкости, изображена на чертежах, где на фиг.1 - одноступенчатый вариант, фиг.2 - многоступенчатый вариант, фиг.3 - цепной плунжерный насос, фиг.4, 5 - принцип работы насоса.

На фиг.1, 2, 3. 4, 5 изображены: обсадная труба 1 скважины, перфорационные отверстия 2 обсадной трубы, добываемая жидкость 3, колонна 4 насосно-компрессорных труб (НКТ), соединительные муфты 5, рабочие цилиндры 6, цепь 7, рабочие поршни 8, направляющий шкив 9, приемно-фильтрующая камера 10, фильтровочные отверстия 11 корпуса, направляющий трубопровод 12 для цепи с рабочими поршнями, отверстие 13 для отвода попутного газа, несущий фланец 14 скважинного насоса, верхняя приемная камера 15, патрубок 16 для отвода добытой жидкости, привод 17 цепи скважинного насоса, кронштейн 18 для соединения направляющего трубопровода с колонной НКТ, фланец 19 обсадной трубы, прокладка 20, корпус 21 верхний, шкив 22 подъемный, шкив 23 опускающий, шкив 24 натяжной, патрубок 25 приемно-фильтрующей камеры, патрубок 26 для отвода попутных газов.

Установка для добычи газированной и негазированной жидкости выполнена следующим образом.

Установка для добычи газированной и негазированной жидкости может быть с одним рабочим цилиндром 6, одноступенчатой (фиг.1), или с несколькими взаимозаменяемыми рабочими цилиндрами 6, расположенными над нижним, друг над другом, через расчетное расстояние, многоступенчатой (фиг.2).

К приемно-фильтрующей камере 10, являющейся одновременно корпусом направляющего шкива 9, с муфтой 5, через патрубок 25, присоединена колонна 4 насосно-компрессорных труб (НКТ), в стык которых вставлен рабочий цилиндр 6.

К другому патрубку (на чертеже не показан) приемно-фильтрующей камеры 10 присоединен направляющий трубопровод 12. Колонна 4 НКТ и направляющий трубопровод 12 скреплены между собой кронштейнами 18, и герметично присоединены, к несущему фланцу 14 скважинного насоса.

Сверху на верхний корпус 21 герметично установлен привод цепи 17 с подъемным 22, опускающим 23 и натяжным 24 шкивами, через которые проходит закольцованная цепь 7 с поршнями 8, которая проходит и внутри направляющего трубопровода 12, приемно-фильтрующей камеры 10, через направляющий шкив 9, в рабочем цилиндре 6 и колонне НКТ.

Так как опускающаяся ветвь цепи с поршнями установки уравновешивает поднимающуюся, энергии требуется только на подъем жидкости и преодоление трения, а это ведет к значительной экономии энергии.

Из-за того что скорость движения цепи с поршнями постоянная подъем жидкости происходит непрерывно.

При одинаковом диаметре рабочих цилиндров данной установки и ШСНУ производительность предлагаемой установки в два раза выше.

В предлагаемой установке отсутствуют клапана, а клапана, как известно, являются слабым звеном любого насоса.

При монтаже установки для добычи газированной или негазированной жидкости с одним рабочим цилиндром (фиг.1) соединения и запуск осуществляют следующим образом:

- патрубок приемно-фильтрующей камеры 25 герметично соединяют с колонной 4 НКТ посредством соединительной муфты 5, предварительно вставив в место соединения рабочий цилиндр 6;

- постепенно наращивая колонну 4 НКТ и прикрепляя к ней направляющий трубопровод 12, одновременно протягивая сквозь них и через направляющий шкив 9, цепь 7 с поршнями 8, опускают погружную часть насоса в обсадную трубу 1 скважины до погружения приемно-фильтрующей камеры 10 ниже статического уровня добываемой жидкости 3,

- погружную часть насосной установки подвешивают в обсадной трубе 1, герметично закрепляя на фланце обсадной трубы 19, несущий фланец 14 скважинного насоса, к которому прикрепляют колонну 4 НКТ (фиг.1, 2);

- на верхний корпус 21 герметично устанавливают привод цепи 17, после чего цепь 7 протягивают через, подъемный 22, и опускающий 23, шкивы и соединяют свободные концы цепи 7 соединительным звеном, (на чертеже не показано), тем самым закольцовывая ее, после чего ее натягивают натяжным шкивом 24.

Установку с одним рабочим цилиндром 6 применяют, когда добываемую жидкость необходимо поднять с небольшой глубины (фиг.1).

Когда добываемую жидкость необходимо поднять из больших глубин, применяют установку с несколькими взаимозаменяемыми рабочими цилиндрами 6 (фиг.2)

При монтаже насосной установки с несколькими рабочими цилиндрами 6, через определенное расстояние между стыками НКТ, герметично закрепляются рабочие цилиндры 6, а расстояние между ними зависит от расчетного рабочего давления в трубах НКТ (фиг.3).

При монтаже установки для добычи газированной и негазированной жидкости с большой глубины (фиг.2), все подключения производят в такой же последовательности, с той лишь разницей, что после монтажа одного рабочего цилиндра, над ним, через расчетное расстояние, монтируют друг над другом другие рабочие цилиндры, количество которых в зависимости от высоты, на которую необходимо поднять жидкость, определяют по формуле:

n=H/h

где n - количество рабочих цилиндров

Н - высота, на которую необходимо поднять жидкость

h - шаг, с которым монтируются рабочие цилиндры

Установка для добычи газированной и негазированной жидкости работает следующим образом.

Установка осуществляет подъем жидкости одним рабочим цилиндром 6 одноступенчато, или несколькими, многоступенчато. Подъем жидкости осуществляют во всех ступенях, путем непрерывного перемещения внутри колонны 4 НКТ, закольцованной цепи 7 и поршней 8, расположенных на ней через определенное расстояние, при прохождении которых, через взаимозаменяемые цилиндры 6, установленные на стыках насосно компрессорных труб (НКТ) переносят жидкость порциями из нижней НКТ в верхние. Спуск цепи 7 с поршнями в скважину осуществляется по направляющему трубопроводу 12, прикрепленному к колоне 4 НКТ кронштейнами 18. Для передачи движения цепи 7 служит привод 17, расположенный на поверхности. Максимальное давление, которое может достигать в НКТ зависит от расстояния, через которое расположены цилиндры 6 и может варьироваться в широком пределе. Опускающаяся ветвь закольцованной цепи 7 в статическом состоянии установки уравновешивает подъемную ветвь, тем самым обеспечивают минимальную затрату энергии, которая необходима только для подъема добываемой жидкости 3 и преодоление трения.

Готовую к работе установку запускают, для чего с привода подают крутящий момент в направлении, указанном стрелками на подъемный 22 и опускающий 23 шкивы которые синхронизированы между собой, (фиг.1 и фиг.2).

В качестве привода, для создания крутящего момента в установке, могут быть использованы электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания или другие известные двигатели.

Цепь 7 одновременно начинает движение по направляющему трубопроводу 12 вниз и по колонне 4 НКТ вверх, проходя при этом через рабочий цилиндр 6 в который ее направляет направляющий шкив 9. Проходя по рабочему цилиндру 6, находящемуся в патрубке 25 приемно-фильтрующей камеры 10, поршни 8 переносят жидкость 3 порциями в колонну 4 НКТ (фиг.3). Это происходит, в силу того, что рабочая длина рабочих цилиндров 6 больше чем расстояние между поршнями 8 на цепи, что обеспечивает в любой момент времени нахождение как минимум одного поршня в рабочем цилиндре (фиг.4 и 5)???, а это препятствует перетеканию жидкости из колонны 4 НКТ обратно вниз. По колонне 4 НКТ жидкость поднимается в верхнюю приемную камеру 15, откуда по патрубку 16 удаляется по назначению.

В насосной установке с несколькими рабочими цилиндрами (фиг.2) по достижению жидкостью нижнего уровня последующего рабочего цилиндра 6 она так же переносится порциями вверх по колонне 4 НКТ, аналогично повторяется и в остальных рабочих цилиндрах (фиг.4 и 5).

Для удаления попутного газа выделяющегося из жидкости при добыче газированной жидкости в насосной установке с несколькими рабочими цилиндрами предусмотрены отверстия 13 для отвода попутного газа, которые расположены в трубах НКТ выше нижнего уровня рабочих цилиндров 6, но ниже стыка их соединения.

Для отвода попутных газов из герметичной полости насоса имеется патрубок 26.

Рабочие цилиндры 6 одинаковы и взаимозаменяемы. Одинаковы и взаимозаменяемы так же поршни 8.

Для замены, отработавшей ресурс цепи с поршнями, достаточно в корпусе привода цепи открыть лючок (на чертеже не показан) отсоединить соединительное звено цепи, к опускающемуся концу старой цепи с поршнями присоединить новую. Включить привод цепи и поднимающийся конец намотать на предварительно подготовленную бобину до появления соединительного звена, после чего отсоединив его от старой цепи соединить опускающуюся и поднимающуюся концы новой цепи тем самым закольцевав его, закрепить натяжной шкив и закрыть лючок, после чего установка готова к работе.

Из-за того что скорость движения цепи с поршнями постоянная подъем жидкости происходит непрерывно.

В предлагаемой установке отсутствуют клапана, а клапана, как известно, являются слабым звеном любого насоса.

При одинаковом диаметре рабочих цилиндров данной установки и ШСНУ производительность предлагаемой установки в два раза высше.

Предлагаемая насосная установка, простая в изготовлении и обслуживании, надежная и экономичная в работе, с минимальным потреблением электроэнергии, легко встраиваемая в существующую систему нефтедобычи и вододобычи, электробезопасная, с максимальным рабочим давлением не более 1,0 МРа, позволяет осуществлять добычу с больших и малых глубин газированной и негазированной жидкости с большим содержанием попутного газа, из скважин с малым дебетом, в том числе.

Установка для добычи газированной и негазированной жидкости относится к техническим средствам для подъема жидкостей и может быть использована в любых отраслях хозяйственной деятельности для подъема воды, нефти из буровых скважин. Установка содержит рабочие цилиндры 6, поршни 8 и колонну 4 насосно-компрессорных труб. Рабочие цилиндры 6 закреплены между стыками насосно-компрессорных труб герметично, через определенное расстояние, зависящее от расчетного рабочего давления в насосно-компрессорных трубах. Поршни 8 прикреплены к цепи 7 по всей ее длине, подвижно закольцованной сквозь загерметизированные привод цепи 17 с подъемным 22, опускающим 23 и натяжным 24 шкивами, направляющий трубопровод 12, приемно-фильтрующую камеру 10, через направляющий шкив 9, сквозь рабочие цилиндры 6 и колонну насосно-компрессорных труб 4, скрепленную с направляющим трубопроводом между собой, и герметично присоединенных к несущему фланцу 14 скважинного насоса. Происходит непрерывный подъем жидкости с больших и малых глубин, с большим содержанием попутного газа из скважин с малым дебетом, в том числе за счет постоянной скорости движения цепи с поршнями сквозь рабочие цилиндры, длина которых больше, чем расстояние между поршнями, что обеспечивает в любой момент времени нахождение как минимум одного поршня в рабочем цилиндре. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Установка для добычи газированной и негазированной жидкости, содержащая рабочий цилиндр, поршень и колонну насосно-компрессорных труб, отличающаяся тем, что несколько рабочих цилиндров закреплены между стыками насосно-компрессорных труб герметично через определенное расстояние, зависящее от расчетного рабочего давления в насосно-компрессорных трубах; поршни прикреплены к цепи по всей ее длине, подвижно закольцованной сквозь загерметизированные привод цепи с подъемным, опускающим и натяжным шкивами, направляющий трубопровод, приемно-фильтрующую камеру, через направляющий шкив, сквозь рабочие цилиндры и колонну насосно-компрессорных труб, скрепленную с направляющим трубопроводом между собой, и герметично присоединенных к несущему фланцу скважинного насоса.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что длина рабочих цилиндров, больше чем расстояние между поршнями на цепи.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена отверстиями, для отвода попутного газа, расположенными в насосно-компрессорных трубах, выше нижнего уровня рабочих цилиндров, но ниже стыка их соединения.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что количество рабочих цилиндров в зависимости от высоты, на которую необходимо поднять жидкость, определяют по формуле:
n=H/h,
где n - количество рабочих цилиндров;
H - высота, на которую необходимо поднять жидкость;
h - шаг, с которым монтируются рабочие цилиндры.