Подвесной компрессор для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины Российский патент 2020 года по МПК E21B43/00 F04B35/01 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для отбора газа из затрубного пространства и закачки его в коллектор в скважине, оборудованной штанговым насосом.

Известно устройство подвесного компрессора к станку-качалке нефтяной скважины (патент ПМ РФ № 162632, МПК Е21В 43/00, опубл. 20.06.2016), включающее прикрепленные к балансиру станка-качалки и его опоре шарниры цилиндра и штока поршня, трубопроводы, связывающие нагнетательную область цилиндра с затрубным пространством и коллектором скважины через всасывающий и нагнетательный клапаны, цилиндр компрессора выполнен с зазором между своей внутренней поверхностью и входящим штоком. В такте всасывания газа из затрубного пространства скважины масло вытесняется из зазора в цилиндр, а в такте вытеснения газа масло под давлением входит в этот зазор. Присутствие гидрозатвора увеличивает степень сжатия компрессора и эффективность его работы. Цилиндр компрессора расположен на станке-качалке над входящим в него штоком и имеет в нижней части сальниковое уплотнение. Полость цилиндра компрессора над штоком частично заполнена маслом, а трубопроводы всасывания и нагнетания газа связаны с обводной линией, на которой установлен предохранительный клапан.

Недостатками данного компрессора являются то, что постоянное взаимодействие масла с газом приводит его к насыщению газом и возникновению кавитации, приводящей к разрушению поверхности штока-поршня, взаимодействующей с маслом, из-за необходимости установки шарнирных соединений компрессора на самом балансире и его стойке с помощью сварочных работ приводит к ослаблению наземного привода штангового насоса, заполнение напорной полости цилиндра компрессора маслом приводит к повышенным его утечкам через уплотнение в такте нагнетания газа в коллектор из-за роста давления в полости цилиндра, невысокая эффективность работы компрессора в холодное время года.

Наиболее близким техническим решением является подвесной компрессор для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины, включающий цилиндр, частично заполненный маслом, шарнирно закрепленный к основанию стойки и поршень со штоком, шарнирно закрепленный к балансиру станка-качалки, всасывающий и напорный газопроводы с клапанами, подведенными к нижней части цилиндра компрессора, полость цилиндра над верхней стороной поршня сообщена с атмосферой (патент ПМ РФ № 176900, МПК Е21В 43/00, опубл. 01.02.2017). К заднему плечу балансира станка-качалки с помощью съемных хомутов и шарнира закреплен шток, соединенный с поршнем, входящим герметично в цилиндр подвесного компрессора. Нижняя часть цилиндра с помощью шарнира соединена с основанием стойки, расположенной непосредственно на фундаменте. В верхнем торце цилиндра выполнен центратор штока, а полость над поршнем в цилиндре заполнена маслом. При движении поршня вверх масло, частично заполняющее цилиндр компрессора над поршнем, также движется вверх, смазывая трущиеся поверхности компрессора. В конце этого хода уровень масла доходит до верхнего торца цилиндра компрессора и некоторые излишки объема масла при этом вытесняются наружу. К нижней части цилиндра подходят газопроводы, соединяющие цилиндр соответственно с затрубным пространством скважины и выкидным коллектором. На газопроводах в непосредственной близости к цилиндру подвесного компрессора установлены обратные клапаны.

Недостатками такого компрессора являются низкая эффективность работы компрессора из-за небольшого межремонтного периода по причине необходимости замены масла на масло с низкой температурой замерзания для работы в холодное время года, очистка наружной поверхности компрессора и фундамента станка-качалки от перелива излищек масла наружу, что приводит также к повышению экологических проблем и экономическим затратам, низкая эффективность работы из-за отсутствия контроля за наличием масла в цилиндре компрессора и ограничения длины хода поршня, а также расположение компрессора, которое затрудняет обслуживание станка-качалки, т.к. происходит стеснение свободного рабочего пространства станка-качалки.

Техническими задачами являются повышение эффективности работы компрессора за счет повышения производительности компрессора и межремонтного периода работы, исключения аварийной ситуации и экологических проблем.

Технические задачи решаются подвесным компрессором для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины, включающим цилиндр, частично заполненный маслом, шарнирно закрепленный к основанию стойки, и поршень со штоком, шарнирно закрепленный к балансиру станка-качалки, всасывающий и напорный газопроводы с клапанами, подведенными к цилиндру компрессора, полость цилиндра над верхней стороной поршня сообщена с атмосферой.

Новым является то, что наружная поверхность цилиндра снабжена соосно цилиндрической масляной камерой, нижняя часть цилиндра выполнена ступенчатой с нижним малым цилиндром, поршень снизу выполнен с цилиндрическим соосным малым плунжером с наружным диаметром, обеспечивающим взаимодействие малого плунжера с малым цилиндром при перемещении поршня со штоком вниз, полость высокого давления цилиндра сообщена с масляной камерой каналом, выполненным в полости штока поршня, соединенного через малый плунжер с обратным клапаном с малым цилиндром, пропускающим масло снизу вверх, с возможностью равномерной подачи масла по периметру поршня, и каналом с масляным клапаном, сообщающим малый цилиндр с масляной камерой, причем полость низкого давления цилиндра сообщена центральным каналом с всасывающим и напорным газопроводами с клапанами, шарнир поршня со штоком закреплен к переднему плечу балансира станка-качалки с возможностью изменения положения относительно головки балансира, а шарнир цилиндра закреплен болтовым соединением на основании стойки.

Также новым является то, что масляная камера оснащена мерной трубкой.

Также новым является то, что масляная камера сверху оснащена каналом.

На фигуре схематично изображен подвесной компрессор для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины.

Подвесной компрессор для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины включает цилиндр 1, частично заполненный маслом 2, шарнирно 3 закрепленный к основанию стойки, и поршень 4 со штоком 5, шарнирно 6 закрепленный к балансиру станка-качалки (на фиг. 1 не показан), всасывающий 7 и напорный 8 газопроводы с клапанами, подведенными к цилиндру 1 компрессора, полость цилиндра над верхней стороной поршня сообщена с атмосферой 9. Наружная поверхность цилиндра снабжена соосно цилиндрической масляной камерой 10, служащей емкостью для масла, что исключает переливы масла на наружную поверхность компрессора и фундамент станка-качалки. При работе компрессора газ, который проступает из затрубного пространства скважины, выходит теплым, тем самым начинает подогревать масло, находящееся в масляной камере, что позволяет исключить остановку работы компрессора для замены масла на соответствующее температурным режимам работы компрессора. Нижняя часть цилиндра 1 выполнена ступенчатой с нижним малым цилиндром 11. Поршень снизу выполнен с цилиндрическим соосным малым плунжером 12 с наружным диаметром, обеспечивающим взаимодействие малого плунжера с малым цилиндром при перемещении поршня со штоком вниз. Полость высокого давления цилиндра сообщена с масляной камерой каналом 13, выполненным в полости штока поршня, соединенного через малый плунжер с обратным клапаном 14 с малым цилиндром, пропускающим масло снизу вверх, с возможностью равномерной подачи масла по периметру верхней поверхности поршня через распылитель, и каналом, например, в виде армированного шланга с масляным клапаном 15, сообщающим малый цилиндр с масляной камерой 10. Полость низкого давления цилиндра сообщена центральным каналом с всасывающим 7 и напорным 8 газопроводами с клапанами. Шарнир поршня со штоком закреплен к переднему плечу балансира станка-качалки с возможностью изменения положения относительно головки балансира, а шарнир цилиндра закреплен болтовым соединением на скобах к основанию стойки, что позволяет беспрепятственный подход ко всем узлам для обслуживания станка-качалки. Для контроля количества масла оснащают масляную камеру прозрачной мерной трубкой 16. Для поддержания уровня масла камера сверху оснащена каналом 17, обеспечивающим заливку масла через горловину, расположенную сверху масляной камеры.

Подвесной компрессор для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины работает следующим образом.

Наружную поверхность цилиндра компрессора соосно снабжают герметичной цилиндрической масляной камерой 10, выполненной, например, в виде кожуха, заполняют емкость маслом. В полости штока поршня выполнен канал 13, в верхней части канала 13 выполнены как минимум два дополнительных канала-распылителя, обеспечивающих равномерную подачу масла по периметру верхней поверхности поршня. Канал 13 соединяет малый плунжер с обратным клапаном 14 с малым цилиндром и пропускает масло снизу-вверх. Малый цилиндр соединяют каналом с масляным клапаном 15, настроенным на большее усилие открытия, чем клапаны всасывающего 7 и напорного 8 газопроводов. Масляный клапан 15 сообщает малый цилиндр с масляной камерой 10, обеспечивающей сообщение полости высокого давления цилиндра с масляной камерой. Соединяют полость низкого давления цилиндра центральным каналом с всасывающим 7 и напорным 8 газопроводами с клапанами. Шарнир поршня со штоком закрепляют к переднему плечу балансира станка-качалки с возможностью изменения положения относительно головки балансира, а шарнир цилиндра закрепляют болтовым соединением на скобах к основанию стойки. Быстросъемные крепежи позволяют легко и в короткие сроки как отрегулировать нужное расположение компрессора, так и производить монтаж/демонтаж компрессора. Запускают станок-качалку в работу. При ходе балансира станка-качалки вверх поршень 4 со штоком 5 начинает движение вверх, что приводит к снижению давления в нижней части цилиндра 1 и открытию клапана всасывающего 7 газопровода, через который газ из затрубного пространства скважины начинает поступать в цилиндр 1. При достижении поршнем 4 своего верхнего крайнего положения процесс всасывания газа в цилиндр заканчивается, всасывающий 7 клапан закрывается. При движении поршня 4 со штоком 5 вниз в цилиндре 1, за счет уменьшения его свободного объема, начинает повышаться давление газа, открывается клапан напорного 8 газопровода и газ по напорному газопроводу откачивается в коллектор. При достижении поршня 4 со штоком 5 крайнего нижнего положения начинается следующий цикл работы подвесного компрессора для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины, аналогичный описанному выше.

При движении поршня 4 вверх малый плунжер 12 выходит и малого цилиндра 11, создается разряжение, позволяющее закрыть обратный клапан 14 малого плунжера 12 и открыть масляный клапан 15 армированного шланга, обеспечивающий поступление масла из масляной камеры 10 в малый цилиндр 11. При движении поршня 4 вниз, поршень, прикрепленный к штоку и имея уплотнительное кольцо для герметизации, создает давление, обратный клапан 15 закрывается. При входе малого плунжера 12 в малый цилиндр 11 в нем начинает повышаться давление, открывающее обратный клапан 14 в малом плунжере за счет нажатия шарика с пружиной, через который по масляному каналу 13 поршня 4 масло поднимается и распыляется в полость цилиндра над верхней стороной поршня, обеспечивая смазку трущихся поверхностей компрессора. Каждый следующий цикл работы подвесного компрессора для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины позволяет обеспечивать подачу необходимого количества масла из масляной камеры 10 через малый цилиндр 11 и по каналу 13 поршня 4 в полость цилиндра над верхней стороной поршня, обеспечивая смазку трущихся поверхностей компрессора. Обвязка компрессора с масляной камерой позволяет поддерживать температуру масла в масляной камере, исключающую загустевание масла при работе в зимнее время при пониженной температуре воздуха, также исключает вероятность излива масла. Мерная прозрачная трубка 16, установленная снаружи масляной камеры, позволяет контролировать количество масла в масляной камере, обеспечивающее непрерывную работу компрессора. Канал 17 обеспечивает заливку масла через горловину, расположенную сверху масляной камеры, и позволяет поддерживать необходимый уровень масла в масляной камере. Доливку масла производят не чаще одного раза в месяц.

Подвесной компрессор для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины обеспечивает повышение эффективности работы компрессора за счет повышения производительности компрессора и межремонтного периода работы, исключения аварийной ситуации и экологических проблем.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для отбора газа из затрубного пространства и закачки его в коллектор в скважине, оборудованной штанговым насосом. Технический результат - повышение эффективности работы компрессора за счет повышения его производительности, исключения аварийной ситуации и увеличения межремонтного периода работы. Подвесной компрессор включает цилиндр, частично заполненный маслом, шарнирно закрепленный к основанию стойки. Имеется поршень со штоком, шарнирно закрепленный к балансиру станка-качалки, всасывающий и напорный газопроводы с клапанами. Газопроводы подведены к цилиндру компрессора. Полость цилиндра компрессора над верхней стороной поршня сообщена с атмосферой. Наружная поверхность цилиндра снабжена соосно цилиндрической масляной камерой. Нижняя часть цилиндра выполнена ступенчатой, с нижним малым цилиндром. Поршень снизу выполнен с цилиндрическим соосным малым плунжером с наружным диаметром, обеспечивающим взаимодействие малого плунжера с малым цилиндром при перемещении поршня со штоком вниз. Полость высокого давления цилиндра сообщена с масляной камерой. Эта полость соединена каналом. Он выполнен в полости штока поршня, соединенного через малый плунжер с обратным клапаном с малым цилиндром, пропускающим масло снизу вверх. При этом обеспечена возможность равномерной подачи масла по периметру поршня. Малый цилиндр соединен с масляной камерой каналом с масляным клапаном. Полость низкого давления цилиндра сообщена центральным каналом с всасывающим и напорным газопроводами с клапанами. Шарнир поршня со штоком закреплен к переднему плечу балансира станка-качалки с возможностью изменения положения относительно головки балансира. Шарнир цилиндра закреплен болтовым соединением на основании стойки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Подвесной компрессор для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины, включающий цилиндр, частично заполненный маслом, шарнирно закрепленный к основанию стойки, и поршень со штоком, шарнирно закрепленный к балансиру станка-качалки, всасывающий и напорный газопроводы с клапанами, подведенными к цилиндру компрессора, полость цилиндра над верхней стороной поршня сообщена с атмосферой, отличающийся тем, что наружная поверхность цилиндра снабжена соосно цилиндрической масляной камерой, нижняя часть цилиндра выполнена ступенчатой с нижним малым цилиндром, поршень снизу выполнен с цилиндрическим соосным малым плунжером с наружным диаметром, обеспечивающим взаимодействие малого плунжера с малым цилиндром при перемещении поршня со штоком вниз, полость высокого давления цилиндра сообщена с масляной камерой каналом, выполненным в полости штока поршня, соединенного через малый плунжер с обратным клапаном с малым цилиндром, пропускающим масло снизу вверх, с возможностью равномерной подачи масла по периметру поршня, и каналом - с масляным клапаном, сообщающим малый цилиндр с масляной камерой, причем полость низкого давления цилиндра сообщена центральным каналом с всасывающим и напорным газопроводами с клапанами, шарнир поршня со штоком закреплен к переднему плечу балансира станка-качалки с возможностью изменения положения относительно головки балансира, а шарнир цилиндра закреплен болтовым соединением на основании стойки.

2. Подвесной компрессор для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины по п. 1, отличающийся тем, что масляная камера оснащена мерной трубкой.

3. Подвесной компрессор для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины по п. 1, отличающийся тем, что масляная камера сверху оснащена каналом.