Способ восстановления работоспособности клапанов плунжерного глубинного насоса Российский патент 2020 года по МПК F04B47/00 E21B37/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности для очистки клапанов в скважинных штанговых насосных установках.

Известен способ обеспечения работы всасывающего клапана глубинного штангового насоса (патент RU № 2258836, МПК F04B 47/00, опубл. 20.08.2005 Бюл. № 23), заключающийся в том, что на установленный в нижнем конце цилиндра всасывающий клапан в виде плавающего шарика, расположенного в корпусе клапана над его седлом, воздействуют потоком добываемой жидкости, возникающим по причине разности давлений между разделенными всасывающим клапаном полостями, причем при работе всасывающего клапана осуществляют в ритме работы насоса механическую очистку клапанной полости и принудительное закрытие всасывающего клапана под воздействием на него дополнительного усилия, а при отказе всасывающего клапана его принудительное закрытие осуществляют путем механического воздействия на него нижним окончанием плунжера в сочетании с расхаживанием последнего.

Недостатками способа являются узкая область применения, так как предназначен для очистки только всасывающего клапана, сложность обслуживания и снижение эффективности, связанные с необходимостью внесения конструктивных изменений в стандартные изделия, что приводит к ухудшению работы насоса из-за замедления работы всасывающего клапана.

Наиболее близким по технической сущности является скважинный штанговый насос (патент SU № 1525319, МПК F04B 53/14, F04B 47/02, опубл. 30.11.1989), содержащий цилиндр, размещенный в полости цилиндра плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно в полостях цилиндра и цилиндра и снабженные седлом, запорным элементом и полой клеткой, причем полая клетка всасывающего клапана выполнена с соосно на ней полым штоком, причем полая клетка всасывающего насоса установлена подвижно в осевом направлении и подпружинена относительно его седла, а со стороны нижнего торца своего нижнего торца снабжена расположенным эксцентрично ее оси выступом, обращенная к запорному элементу поверхность которого выполнена овальной, причем шток и выступ установлены с возможностью взаимодействия соответственно с запорными элементами нагнетательного и всовывающего клапанов при опускании штанг вниз.

Для этого насоса осуществляют способ очистки клапанов, включающий остановку привода насоса наращивание технологическим патрубком сверху колонны штаг, доопускание полого плунжера при помощи штанг в крайнее нижнее положение до взаимодействия запорного элемента нагнетательного клапана со штоком выполненной подвижно в осевом направлении и поджатым пружиной относительно седла клеткой всасывающего клапана, после отжатия запорного органа нагнетательного клапана вверх штоком обеспечивется взаимодействие полого плунжера с клеткой с сжатием пружины до взаимодействия овальной поверхности выступа с запорным элементом всасывающего клапана и отжатием его в сторону для обеспечения прямой промывки за счет сквозного сообщения полостей скважинного насоса с полостью колонны насосных труб и скважиной.

Недостатками способа и устройства являются сложность обслуживания, связанная с необходимостью применения насосных агрегатов, и снижение эффективности, связанные с необходимостью внесения конструктивных изменений в стандартные изделия, что приводит к ухудшению работы насоса из-за замедления работы всасывающего клапана, а механическое воздействие на запорные органы может привести к их выводу из строя.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание способа восстановления работоспособности клапанов плунжерного глубинного насоса, позволяющего без механического воздействия на запорные органы клапанов и использования внешних источников промывки осуществить восстановление проходимость и обеспечить качественное запирание клапанов.

Техническая задача решается способом восстановления работоспособности клапанов плунжерного глубинного насоса, включающим остановку работы устьевого привода глубинного насоса, приподнятие при помощи штанг подвижных конструктивных элементов насоса, опускание подвижных конструктивных элементов до взаимодействия с неподвижными для очистки и восстановления работоспособности клапанов.

Новым является то, что предварительно для скважинных условий определяют наиболее эффективную частоту колебаний, обеспечивающих воздействие на седла и запорные элементы клапанов и позволяющих восстановить работоспособность клапанов, подбирают резонатор из прочного и износостойкого материала, генерирующего определенные колебания, оснащают перед спуском в скважину подвижные, неподвижные или подвижные и неподвижные конструктивные элементы насоса резонаторами, обеспечивающие генерацию колебаний при взаимодействии во время очистки клапанов, до восстановления работоспособности клапанов.

Новым является также то, что при использовании в качестве плунжерного глубинного насоса вставного насоса в качестве неподвижного конструктивного элемента используют зафиксированную внутри скважины замковую опору, сверху которой устанавливают резонатор, выполненный с возможностью взаимодействия с цилиндром глубинного насоса.

Новым является также то, что при использовании в качестве плунжерного глубинного насоса вставного насоса в качестве подвижного конструктивного элемента используют цилиндр глубинного насоса, снаружи которого устанавливают резонатор, выполненный с возможностью взаимодействия с замковой опорой, зафиксированной внутри скважины.

Новым является также то, что при использовании в качестве плунжерного глубинного насоса вставного насоса в качестве неподвижного конструктивного элемента используют зафиксированную внутри скважины замковую опору, сверху которой устанавливают резонатор, а в качестве подвижного конструктивного элемента используют цилиндр глубинного насоса, снаружи которого устанавливают резонатор, причем резонаторы установлены с возможностью взаимодействия при установке цилиндра в замковую опору.

Новым является также то, что при спуске цилиндра глубинного насоса в составе колонны лифтовых труб в качестве неподвижного конструктивного элемента используют цилиндр, сверху всасывающего клапана которого устанавливают резонатор, выполненный с возможностью взаимодействия с плунжером глубинного насоса.

Новым является также то, что при спуске цилиндра глубинного насоса в составе колонны лифтовых труб в качестве подвижного конструктивного элемента используют плунжер, снизу которого устанавливают резонатор, выполненный с возможностью взаимодействия с ограничителем, располагаемым над всасывающим клапаном цилиндра.

Новым является также то, что при спуске цилиндра глубинного насоса в составе колонны лифтовых труб в качестве неподвижного конструктивного элемента используют цилиндр, сверху всасывающего клапана которого устанавливают резонатор, а в качестве подвижного конструктивного элемента используют плунжер, снизу которого устанавливают резонатор, причем резонаторы выполнены с возможностью взаимодействия при доопускании плунжера в цилиндр.

На фиг. 1 изображена схема реализации способа при использовании цилиндра в составе лифтовой колонны труб.

На фиг. 2 изображена схема реализации способа с вставным глубинным насосом.

На фиг. 3 изображен вариант исполнения резонатора.

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на реализацию способа, на фигурах не показаны или показаны условно.

Способ реализуется в следующей последовательности.

В скважину 1 (фиг. 1 и 2) в интервал установки спускают плунжерный глубинный насос, состоящий из цилиндра 2 с всасывающим клапаном 3 внизу и полого плунжера 4 с нагнетательным клапаном 5, расположенным снизу. При этом плунжер 4 соединяют штангами 6 (фиг. 1) с устьевым приводом (не показан). Устьевой привод (станок-качалка, цепной привод, гидравлический привод или т.п.) через штанги 6 передает возвратно поступательное движение плунжеру 4 (фиг. 1 и 2) При ходе плунжера 4 вниз в цилиндре 2 ниже плунжера 4 создается избыточное давление, закрывающее всасывающий клапан 3 и открывающее нагнетательный клапан 5 для перетока жидкости из подплунжерной полости цилиндра 2 в надплунжерную. При ходе плунжера 4 вверх в цилиндре 2 ниже плунжера 4 создается разряжение, а выше плунжера 4 создается деление столбом жидкости, в результате закрывается нагнетательный клапан 5, поднимающий столб жидкости выше плунжера 4 в объеме надплунжерной полости цилиндра 2, охваченного рабочем ходом плунжера 4, а всасывающий клапан 3 открывается для перетока жидкости из скважины в подплунжерную полость цилиндра 2. При повторении цикла скважинная жидкость глубинным насосом перекачиввается на поверхность.

Чаще всего использую два варианта установки в скважине 1 глубинных насосов:

1. При спуске цилиндра 2 (фиг. 1) глубинного насоса в составе колонны лифтовых труб 7 в качестве неподвижного конструктивного элемента используют цилиндр 2, а в качестве подвижного элемента – плунжер 4.

2. При использовании в качестве плунжерного глубинного насоса вставного насоса (фиг. 2) в качестве неподвижного конструктивного элемента используют зафиксированную внутри скважины, например, якорем (не показан на фиг. 2) с пакером 10 замковую опору 11, а в качестве подвижного элемента – цилиндр 2.

В ходе работы седла 8 и 9 соответствующих клапанов 3 и 5 и сами клапаны 3 и 5 засоряются (например, глинистым раствором, асфальто-смолистыми отложениями, продуктами коррозии или т.п.), что приводит к снижению эффективности работы глубинного насоса или выходу его из строя. Для очистки клапанов 3 и 4 и седел 8 и 9 было решено использовать волновое воздействие – механическое колебание. Как показали исследования на скважинах Республики Татарстан (РТ) наибольшею эффективно очищают волны частотой 10 – 320 Гц. Для генерации подобных частот хорошо подошли из металлов твердые и износостойкие инструментальные стали У7 (твердостью HRC 59 – 61) и Х12МФ (твердостью HRC 56 – 59), из которых решено было изготавливать резонаторы, спускаемые в составе глубинного насоса. Так как плунжерный насос представляет собой плунжерную пару: цилиндр 2 (фиг. 1 и 2) и плунжер 4 с установочными резьбами (не показаны) сверху и снизу, к которым присоединяют соответственно седла 8 и 9 с клапанами 3 и 5 штанги 6 (фиг. 1) к плунжеру 4 и лифтовые трубы 7 (при наличии) к цилиндру 2. Резонаторы решили устанавливать с использование стандартных установочных резьб глубинного насоса или в стыки между конструктивными элементами. Например, резонатор 12 (фиг. 3), устанавливаемый снизу плунжера 4 (фиг. 1) диаметром 48 мм и изготовленный из стали Х12МФ, оснащен установочной резьбой 13 (фиг. 3) наружными 14 и внутренними 15 проточками для обеспечения необходимой генерируемой частоты колебаний. Для других типов резонаторов, различного исполнения, диаметра, выпиленных из другого материала и т.д. конструктивное исполнение может быть другим. Например, для установки между муфтами снаружи могут быть выпилен буртик (не показан), для присоединения сверху к замковой опоре 11 (фиг. 2) наружной нижней резьбой (не показана) и т.д. Способов соединения резонаторов с глубинным насосом множество и авторы на это не претендуют. Для изготовления резонаторов достаточно выбранного материала, обрабатываемого на токарном станке, что очень дешево и практично. Резонаторы очень легко заменяются на новые при выходе из строя, облегчая обслуживание. Глубинный насос после спуска настраивают так, чтобы резонаторы ни с чем не взаимодействовали в ходе работы глубинного насоса.

Рассмотрим оба варианта установки.

1. Перед спуском в скважину 1 (фиг. 1) снизу плунжера 4 устанавливают резонатор 12 и/или над всасывающим клапаном 3 в цилиндре 2 устанавливают резонатор 16. При засорении или выходе из строя клапанов 3 и/или 5 устьевой привод останавливают штанги 6 приподнимают и наращивают технологическим патрубком (не показан), который обеспечивает доопускание плунжера 4, обеспечивающего для генерации необходимых колебаний при возвратно-поступательных перемещениях штока 6 взаимодействие резонатора 12 плунжера 4 с упором 17 или резонатором 16, или резонатора 16 с плунжером 4. Для восстановления работоспособности клапанов 3 и 5 в 90 % случаях достаточно 3 – 5 соударений резонатора(ов) 12 и/или 16. В случаях не восстановления работоспособности операцию очистки колебаниями клапанов 3 и 5 повторяют до восстановления их работоспособности.

2. Перед спуском в скважину 1 (фиг. 2) сверху замковой опоры 11 устанавливают резонатор 18 и/или снаружи цилиндра 2 устанавливают резонатор 19. При засорении или выходе из строя клапанов 3 и/или 5 устьевой привод останавливают штанги 6 (фиг. 1) приподнимают до взаимодействия плунжера 4 (фиг. 2) с верхним ограничителем (не показан) цилиндра 2 и совместного подъема до извлечения замка 20 цилиндра 2 из замковой опоры 11 (определяется снижением веса штанг на устьевом индикаторе веса – не показан). После чего штанги 6 (фиг. 1) вместе с плунжером 4 (фиг. 2) и цилиндром 2 опускают до входа замка 20 в замковую опору 11, обеспечивая для генерации необходимых колебаний взаимодействие резонатора 19 цилиндра 2 с замковой опорой 11 или резонатором 18, или резонатора 18 с цилиндром 2. После чего подъем плунжера 4 с цилиндром 2 повторяют для генерации колебаний резонаторами 18 и/или 19. Для восстановления работоспособности клапанов 3 и 5 в 90 % случаях достаточно 2 – 3 соударений резонатора(ов) 18 и/или 19. В случаях не восстановления работоспособности операцию очистки колебаниями клапанов 3 и 5 повторяют до восстановления их работоспособности.

После восстановления работоспособности клапанов 3 и 5 (фиг. 1 и 2) приводят все в первоначальное состояние. Штанги 6 соединяют с устьевым приводом и запускают в работу для подъема жидкости из скважины 1 (фиг. 1 и 2) на поверхность.

Как показала практика в 9 из 10 (90 %) случаев удается восстановить работоспособность клапанов 3 и 5 после первого цикла, в отличии от промывки клапанов 3 и 5 (60 % успешности). При этом межремонтный период, требующий извлечения глубинного насоса из скважины 1, увеличился как минимум в два раза.

Предлагаемый способ восстановления работоспособности клапанов плунжерного глубинного насоса позволяет без механического воздействия на клапаны и использования внешних источников промывки осуществить восстановление проходимости и обеспечить качественное запирание клапанов.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности для очистки клапанов в скважинных штанговых насосных установках. Для реализации способа восстановления работоспособности клапанов плунжерного глубинного насоса останавливают работу устьевого привода глубинного насоса. Приподнимают при помощи штанг подвижные конструктивные элементы насоса. Опускают подвижные конструктивные элементы до взаимодействия с неподвижными для очистки и восстановления работоспособности клапанов. Предварительно для скважинных условий определяют наиболее эффективную частоту колебаний, обеспечивающих воздействие на седла и запорные элементы клапанов и позволяющих восстановить работоспособность клапанов. Подбирают резонатор из прочного и износостойкого материала, генерирующего определенные колебания. Оснащают перед спуском в скважину подвижные, неподвижные или подвижные и неподвижные конструктивные элементы насоса резонаторами, обеспечивающие генерацию колебаний при взаимодействии во время очистки клапанов, до восстановления работоспособности клапанов. Достигается технический результат – осуществление восстановления проходимости и обеспечение качественного запирания клапанов без механического воздействия на клапаны и использования внешних источников промывки. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ восстановления работоспособности клапанов плунжерного глубинного насоса, включающий остановку работы устьевого привода глубинного насоса, приподнятие при помощи штанг подвижных конструктивных элементов насоса, опускание подвижных конструктивных элементов до взаимодействия с неподвижными для очистки и восстановления работоспособности клапанов, отличающийся тем, что предварительно для скважинных условий определяют наиболее эффективную частоту колебаний, обеспечивающих воздействие на седла и запорные элементы клапанов и позволяющих восстановить работоспособность клапанов, подбирают резонатор из прочного и износостойкого материала, генерирующего определенные колебания, оснащают перед спуском в скважину подвижные, неподвижные или подвижные и неподвижные конструктивные элементы насоса резонаторами, обеспечивающие генерацию колебаний при взаимодействии во время очистки клапанов, до восстановления работоспособности клапанов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании в качестве плунжерного глубинного насоса вставного насоса в качестве неподвижного конструктивного элемента используют зафиксированную внутри скважины замковую опору, сверху которой устанавливают резонатор, выполненный с возможностью взаимодействия с цилиндром глубинного насоса.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании в качестве плунжерного глубинного насоса вставного насоса в качестве подвижного конструктивного элемента используют цилиндр глубинного насоса, снаружи которого устанавливают резонатор, выполненный с возможностью взаимодействия с замковой опорой, зафиксированной внутри скважины.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании в качестве плунжерного глубинного насоса вставного насоса в качестве неподвижного конструктивного элемента используют зафиксированную внутри скважины замковую опору, сверху которой устанавливают резонатор, а в качестве подвижного конструктивного элемента используют цилиндр глубинного насоса, снаружи которого устанавливают резонатор, причем резонаторы установлены с возможностью взаимодействия при установке цилиндра в замковую опору.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при спуске цилиндра глубинного насоса в составе колонны лифтовых труб в качестве неподвижного конструктивного элемента используют цилиндр, сверху всасывающего клапана которого устанавливают резонатор, выполненный с возможностью взаимодействия с плунжером глубинного насоса.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при спуске цилиндра глубинного насоса в составе колонны лифтовых труб в качестве подвижного конструктивного элемента используют плунжер, снизу которого устанавливают резонатор, выполненный с возможностью взаимодействия с ограничителем, располагаемым над всасывающим клапаном цилиндра.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при спуске цилиндра глубинного насоса в составе колонны лифтовых труб в качестве неподвижного конструктивного элемента используют цилиндр, сверху всасывающего клапана которого устанавливают резонатор, а в качестве подвижного конструктивного элемента используют плунжер, снизу которого устанавливают резонатор, причем резонаторы выполнены с возможностью взаимодействия при доопускании плунжера в цилиндр.