Изобретение относится к скважинным насосным установкам и может использоваться для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин.
Известна установка глубинного штангового насоса по книге Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти (расчет и конструкция). Издательство «НЕДРА», Москва 1968 г., стр.29-30. Основной недостаток этой насосной установки, кроме прочих, заключается в ограниченной высоте подъема жидкости, не более 2000 м, а также в том, что при откачке газожидкостной смеси установка не может обеспечить необходимую степень сжатия газа для открытия обратного клапана. В связи с этим установка не способна работать при повышенном содержании газа в скважинной жидкости.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является насосная установка, известная по патенту на изобретение RU 2378534 С1, МПК7 F04B 47/08 от 10.01.2010 г., содержащая плунжерный насос, цилиндр и мембранно-клапанная система которого неподвижно закреплены с помощью пакера к обсадной колонне, а шток плунжера выполнен в виде трубы с наполнителем, верхний конец которого крепится к устью скважины, при этом возвратно-поступательные движения плунжера совершаются за счет продольной упругой деформации штока, вызванной циклическим изменением давления наполнителя.
Основной недостаток этой установки, заключается в том, что продольная упругая деформация штока, осуществляется циклическим изменением давления наполнителя, который давит не только на дно штока, но и на стенки. При этом шток испытывает напряженное состояние не только от давления наполнителя, но и от собственного веса и веса наполнителя. Поэтому при откачке жидкости с большой глубины напряжения в штоке могут превысить предел усталости материала и вывести шток из строя.
Дополнительным недостатком является то, что плунжер вытесняет перекачиваемую жидкость в скважину посредством мембранно-клапанной системы. При вытеснении перекачиваемой жидкости мембрана имеет возможность продавливаться в выпускные отверстия и разрушаться. Поэтому напор насосной установки ограничен также прочностью мембраны.
Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в снижении напряженного состояния штока, повышении напора и в обеспечении работоспособности насосных установок при значительном содержании газа в скважинной жидкости.
Указанная задача в насосной установке, содержащей плунжерный насос с возвратно-поступательным движением плунжера за счет продольной упругой деформации полого штока с наполнителем, верхний конец которого закреплен на устье скважины, а цилиндр закреплен с помощью пакера на обсадной колонне, решается тем, что наполнитель выполнен твердотельным, верхний конец которого прикреплен к грузоподъемному устройству, а нижний конец прикреплен к нижнему концу штока, возвратно-поступательные движения которого осуществляются за счет подъема и опускания наполнителя.
Проведенный научно-технический анализ предложения и уровня техники свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение для специалиста не следует явным образом из уровня техники, при этом признаки изложенной совокупности взаимосвязаны, находятся в причинно-следственной связи с ожидаемым результатом и являются необходимыми и достаточными для его получения.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображена насосная установка в разрезе, смонтированная в скважину;
на фиг.2 изображен фрагмент насосной установки в разрезе в процессе вытеснения перекачиваемой жидкости из цилиндра в скважину выше пакера;
на фиг.3 изображен фрагмент насосной установки в разрезе в процессе всасывания перекачиваемой жидкости в цилиндр из скважины ниже пакера.
Насосная установка, представленная на фиг.1 содержит плунжерный насос, цилиндр 1 которого закреплен с помощью пакера 2 на обсадной колонне 3. Как вариант цилиндр 1 может быть установлен в насосно - компрессорную трубу (не показано). Верхний конец штока 4 плунжера 5 установлен на устье скважины 6. Шток 4, выполнен в виде набора труб с твердотельным наполнителем 7 внутри. С целью увеличения хода плунжера 5 шток 4 выполнен из материала с низким модулем упругости, например из сплава алюминия. Наполнитель 7 может быть выполнен, например, из набора металлических труб или стержней. Верхний конец наполнителя 7 прикреплен к грузоподъемному устройству 8, например, к штоку гидроцилиндра, а нижний конец наполнителя 7 прикреплен к плунжеру 5 или к нижнему концу штока 4. К нижнему концу штока 4 с помощью муфты 9, также крепится плунжер 5. Плунжер 5 выполнен полым. Его верхний конец снабжен выпускными каналами 10, а нижний - впускным клапаном 11, ограничивающим сверху рабочий объем цилиндра 1. Цилиндр 1 снабжен впускным клапаном 12, ограничивающим его рабочий объем снизу.
Работает установка следующим образом: верхний конец наполнителя 7 перемещается вверх грузоподъемным устройством 8, например, на величину 3 м. Так как нижний конец наполнителя 7 прикреплен к нижнему концу штока 4, шток 4 укорачивается и выдвигает плунжер 5 из цилиндра!, создавая разрежение в рабочей полости цилиндра 1. Впускной клапан 12 цилиндра 1 открывается и газожидкостная смесь (показана стрелками) заполняет рабочую полость цилиндра 1. Затем верхний конец наполнителя 7 задвигается грузоподъемным устройством в шток 4, например, на глубину 3 м. При этом шток 4 вытягивается и заглубляет плунжер 5 в цилиндр 1 до соприкосновения с впускным клапаном 12 (см. фиг.2) и вытесняет газожидкостную смесь (показана стрелками) из цилиндра 1 в скважину и через патрубки 13 на поверхность.
Так как нерабочий объем Б цилиндра 1 составляет менее 3% от полного объема цилиндра 1, то газожидкостная смесь (показана стрелками), находящаяся в цилиндре 1 (между впускными клапанами плунжера и цилиндра) почти полностью вытесняется плунжером 5 через клапан 11, полость плунжера 5 и каналы 10 (см. фиг..1) в скважину над пакером 2 и далее через патрубки 13 на поверхность. При этом степень сжатия газожидкостной смеси из-за незначительного нерабочего объема Б (см. фиг.2) достигает величины, обеспечивающей выравнивание давления газожидкостной смеси с давлением перекачиваемой жидкости, соответствующей напору насосной установки. Это создает условие для открытия впускного клапана 11 плунжера 5 и откачивания газожидкостной смеси.
После вытеснения газожидкостной смеси из цилиндра 1 в скважину грузоподъемное устройство 8 снова приподнимает верхний конец наполнителя 7 и цикл повторяется.
Чтобы обеспечить подачу жидкости 254 м3/сут при напоре 3000 м насосная установка должна иметь следующие параметры:
- шток должен быть изготовлен из труб диаметром 75 мм и толщиной стенки 2,5 мм. Материал труб - алюминиевый сплав Д16 с пределом текучести 285 МПа и модулем упругости Е=72 ГПа;
- длина штока L=3000 мм;
- площадь плунжера 0,0044177 м2;
- ход плунжера ΔL=4 м;
- подача жидкости за один цикл 0,01767 м3;
- число ходов в минуту 10.
При этом растягивающие напряжения в штоке при растяжении его на 4 м составляют:
т.е почти в 3 раз меньше предела текучести материала штока. Это обеспечивает надежную работу установки в течении длительного периода.
Таким образом, изобретение позволяет получить технический результат, выражающийся в снижении напряженного состояния штока, повышении напора и в обеспечении работоспособности насосной установки при значительном содержании газа в скважинной жидкости.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
НАСОСНАЯ УСТАНОВКА | 2012 |
|
RU2506458C2 |
НАСОСНАЯ УСТАНОВКА | 2013 |
|
RU2515693C1 |
СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА | 2020 |
|
RU2732650C1 |
РАДИАЛЬНО-ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС | 2015 |
|
RU2610333C1 |
НАСОС-КОМПРЕССОР | 2019 |
|
RU2701281C1 |
ГИДРОПРИВОДНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА | 2017 |
|
RU2656511C1 |
НАСОСНАЯ УСТАНОВКА | 2008 |
|
RU2378534C1 |
ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС | 2017 |
|
RU2649176C1 |
ГИДРОПРИВОДНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА | 2012 |
|
RU2493434C1 |
УСТАНОВКА ДЛЯ НАГНЕТАНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ | 1998 |
|
RU2151912C1 |
Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в скважинных насосных установках для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин. Наполнитель выполнен твердотельным, верхний конец которого прикреплен к грузоподъемному устройству, а нижний конец прикреплен к нижнему концу штока, возвратно-поступательные движения которого осуществляются за счет подъема и опускания наполнителя. Изобретение направлено на снижение напряженного состояния штока, повышение напора и обеспечение работоспособности насосных установок при значительном содержании газа в скважинной жидкости. 3 ил.
Насосная установка, содержащая плунжерный насос с возвратно-поступательным движением плунжера за счет продольной упругой деформации полого штока с наполнителем, верхний конец которого закреплен на устье скважины, а цилиндр закреплен с помощью пакера на обсадной колонне, отличающаяся тем, что наполнитель выполнен твердотельным, верхний конец которого прикреплен к грузоподъемному устройству, а нижний конец прикреплен к нижнему концу штока, возвратно-поступательные движения которого осуществляются за счет подъема и опускания наполнителя.
НАСОСНАЯ УСТАНОВКА | 2008 |
|
RU2378534C1 |
Скважинный гидроприводной насосный агрегат | 1986 |
|
SU1463962A1 |
СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРОПРИВОДНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ | 1997 |
|
RU2116512C1 |
Пантограф для исправления искажений | 1936 |
|
SU52125A1 |
Станок для накатки заводской марки на бесконечный брусок мыла и резки его на куски | 1986 |
|
SU1392089A1 |
Авторы
Даты
2014-02-10—Публикация
2012-06-26—Подача