Скважинный плунжерный насос Российский патент 2022 года по МПК F04B47/00 

Описание патента на изобретение RU2775325C1

Изобретение относится нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к скважинным насосам объемного вытеснения, предназначенным для подъема жидкости с больших глубин в сложных условиях работы.

Известна погружная стрикционная насосная установка (патент RU № 2756625, МПК F04B 47/06, F04B 17/003, опубл. 04.10.2021 Бюл. № 28), состоящая из расположенных последовательно вдоль воображаемой продольной оси в направлении спереди назад и имеющих единый корпус насоса плунжерного типа, расположенного в насосной части единого корпуса, протектора сильфонного трубчатого типа, расположенного в протекторной части единого корпуса, стрикционного двигателя линейного шагового типа, расположенного в двигательной части единого корпуса, компенсатора сильфонного трубчатого типа, расположенного в компенсаторной части единого корпуса, насос плунжерного типа выполнен с возможностью подачи перекачиваемой жидкости в переднее отверстие насосной части единого корпуса, в заднем отверстии насосной части единого корпуса вдоль воображаемой продольной оси расположен плунжер, плунжер выполнен с возможностью поступательного движения вдоль воображаемой продольной оси, переднее отверстие протектора герметично закрыто задней частью плунжера, задняя часть плунжера соединена с передней частью штока, шток расположен внутри протектора, протектор по периметру своего заднего отверстия герметично соединён с протекторной частью единого корпуса по периметру её внутреннего отверстия, в состав стрикционного двигателя входит бегун, бегун состоит из последовательно соединённых задней распорной секции, ходовой секции, передней распорной секции, в задней распорной секции расположен стрикционный актуатор, в ходовой секции расположен стрикционный актуатор, в передней распорной секции бегуна расположен стрикционный актуатор, бегун расположен внутри двигателя, бегун соединён с задней частью штока, бегун выполнен с возможностью поступательного движения вдоль воображаемой продольной оси, компенсатор по периметру своего переднего отверстия герметично соединён с компенсаторной частью единого корпуса по периметру её внутреннего отверстия, заднее отверстие компенсатора герметично закрыто крышкой, полость, образованная внутренними объёмами протектора, стрикционного двигателя и компенсатора, наполнена охлаждающей жидкостью, характеризующаяся тем, что в каждом стрикционном актуаторе выполнено сквозное отверстие, имеющее первый выход и второй выход, на задней распорной секции бегуна стрикционного двигателя расположен насос охлаждения, имеющий отверстия А и Б с возможностью создания направленного потока охлаждающей жидкости от отверстия А к отверстию Б или от отверстия Б к отверстию А, отверстие А насоса охлаждения герметично соединено с первым выходом сквозного отверстия стрикционного актуатора задней распорной секции, второй выход сквозного отверстия стрикционного актуатора задней распорной секции герметично соединён с первым выходом сквозного отверстия стрикционного актуатора ходовой секции, второй выход сквозного отверстия стрикционного актуатора ходовой секции герметично соединён с первым выходом сквозного отверстия стрикционного актуатора передней распорной секции, в штоке вдоль воображаемой продольной оси выполнено осевое отверстие, глухое в его передней части, осевое отверстие штока в задней части штока герметично соединено со вторым выходом сквозного отверстия стрикционного актуатора передней распорной секции, в передней части штока выполнено поперечное отверстие, соединяющее осевое отверстие штока с внутренней полостью протектора, внутри компенсатора вдоль воображаемой продольной оси расположена трубка, закреплённая на бегуне, трубка герметично соединена с отверстием Б насоса охлаждения, задний конец трубки открыт во внутреннюю полость компенсатора.

Недостатками данной установки являются сложность и, как следствие, дороговизна конструкции, сложность в обслуживании и ремонте, отсутствие наружной защиты корпуса, что не позволяет ее использовать в сложно структурированных скважинах (с углом отклонения от вертикали более 43° - зенитный угол), расположение с охлаждающей жидкостью внутри компенсатора, что исключает поддержания необходимой температуры во всей насосной установке.

Наиболее близким по технической сущности является скважинный штанговый насос (патент RU № 2722995, МПК F04B 47/00, опубл. 05.06.2020, Бюл. № 16), спускаемый в скважину на насосно-компрессорных трубах, включающий цилиндр, самоустанавливающийся всасывающий клапан, плунжер, самоустанавливающийся нагнетательный клапан, причем цилиндр снабжен кожухом, образующим с ним кольцевую полость и установленным с упором в верхнюю и нижнюю муфты цилиндра, при этом кожух выполнен из нескольких частей, между которыми размещены центраторы, подвижно установленные на цилиндре, причем верхняя часть кожуха соединена при помощи резьбы с верхним центратором, в кожухе выполнены отверстия для слива жидкости.

Недостатками данного насоса являются перепады температур цилиндра как выше (связано с трением плунжера о стенки скважины и сжиманием продукции продуктивного пласта) и ниже (связано с засасыванием холодной скважинной жидкости) плунжера, так и снаружи и внутри его из-за наличия холодной жидкости внутри кожуха, сообщающегося с внутрискважинным пространством, что снижает межремонтный период примерно в 2 - 3 раза, при этом затруднена перекачка плунжерным насосом жидкостей с вязкостью выше 60 мПа•с (как и для любых подобных вязких жидкостей при температуре 20±10°).

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание конструкции скважинного плунжерного насоса, позволяющего поддерживать примерно одинаковую температуру по всей поверхности снаружи цилиндра в пределах 40 - 70°С, увеличивая межремонтный период и позволяя перекачивать вязкие нефти с меньшей нагрузкой.

Техническая задача решается скважинный плунжерный насос, включающий спускаемый в скважину цилиндр, всасывающий клапан, плунжер, нагнетательный клапан, причем цилиндр снабжен кожухом с наружным сливным отверстием, образующим с ним кольцевую полость.

Новым является то, что кожух установлен на цилиндре герметично, оснащен дополнительным заливным отверстием и заполнен жидкостью в объеме, позволяющим поддерживать температуру 40 - 70°С, при этом сливное отверстие снабжено сбрасывающим предохранительным клапаном, сбрасывающим излишки жидкости при нагреве, а заливное отверстие - пропускным клапаном, всасывающим жидкость из скважины при снижении температуры.

Новым является также то, что цилиндр оснащен внутри кожуха по равномерно периметру оперением для увеличения площади теплообмена.

На фиг. 1 изображена схема насоса в продольном разрезе.

На фиг. 2 разрез А-А фиг. 1

Скважинный плунжерный насос, включающий спускаемый в скважину 1 (фиг. 1 и 2) цилиндр 2, всасывающий клапан 3 (фиг. 1), плунжер 4, нагнетательный клапан 5. Цилиндр 2 снабжен кожухом 6 с наружным сливным отверстием 7 (фиг. 1). Цилиндр 2 с кожухом 6 образуют между собой кольцевую полость 8. Кожух 6 установлен на цилиндре 1 герметично, оснащен дополнительным заливным отверстием 9 и заполнен в кольцевой полости 8 жидкостью в объеме, позволяющим поддерживать температуру 40 - 70°С (определяется эмпирически). Сливное отверстие 7 снабжено сбрасывающим предохранительным клапаном 10, сбрасывающим излишки жидкости из кольцевой полости 8 при нагреве, а заливное отверстие 9 - пропускным клапаном 11, всасывающим жидкость из скважины при снижении температуры, что исключает повышение или понижение давление внутри кожуха 6, которое может повредить его целостности. Цилиндр 2 (фиг. 2) оснащен внутри кожуха 6 равномерно по периметру оперением 12 (любой известной конструкции авторы на это не претендуют) для увеличения площади теплообмена, что особенно важно при перекачке вязкой (более 60 мПа•с) жидкости из скважины 1.

Конструктивные элементы, уплотнения и технологические соединения, не влияющие на работоспособность насоса, на чертежах (фиг. 1 и 2) не показаны или показаны условно.

Скважинный плунжерный насос работает следующим образом.

Перед спуском в скважину 1 (фиг. 1) кольцевую полость 8 кожуха 6 через заливное отверстие 9 и пропускной клапан 11 заполняют жидкостью. После чего скважинный плунжерный насос, корпус 2 которого соединяют предварительно с хвостовиком 13, спускают на колонне труб 14 или штангах 15 в интервал установки (не показан) скважины 1 ниже уровня 16 жидкости. Устье (не показано) скважины 1 герметизируют, а штанги 15 через полированный шток (не показан) соединяют с устьевым приводом (станок-качалка, цепной привод, гидравлический привод или т.п. - не показан). После запуска в работу устьевой привод предает возвратно-поступательно движение через штанги 15 плунжеру 4. При ходе плунжера 4 вверх в цилиндре 2 под ним создаётся разряжение, под действием которого отрывается всасывающий клапан 3, жидкость из скважины 1 через хвостовик 13 засасывается в подплунжерное пространство цилиндра 2. При этом под действием столба жидкости в штангах 15 нагнетательный клапан 5 закрывается и вместе с поднимающимся плунжером 4 поднимает уровень жидкости в штангах 15 до излива ее в транспортный трубопровод (не показан) на поверхности. При ходе плунжера 4 вниз в цилиндре 2 под ним создаётся избыточное давление, под действием которого закрывается всасывающий клапан 3 и отрывается нагнетательный клапан 5, жидкость при этом из подплунжерного пространства через нагнетательный клапан 5 поступает внутрь плунжера 4 и штанги 15. Далее циклы повторяются возвратно-поступательного перемещения плунжера 4 повторяются для извлечения жидкости из скважины 1 на поверхность. При этом из-за трения плунжера 4 о стенки цилиндра 2 и при сжатии скважинной жидкости, которая практически всегда является газированной, происходит нагрев цилиндра 2 (особенно при перекачке вязкой жидкости до 90 - 130°С без охлаждения). Выделенное тепло через стенки цилиндра аккумулируется в жидкости, находящейся в кольцевом пространстве 8 кожуха 6, охлаждая цилиндр 2. Во время постоянной работы скважинного насоса жидкость в кольцевом пространстве 8 кожуха 6 нагревается до температуры 40 - 70°С. При нагреве этой жидкости ее объем в кольцевой полости 8 увеличивается и излишки стравливаются в скважину 1, через сливное отверстие 7, открывая предохранительный клапан 10.

При засасывании скважинной жидкости через всасывающий клапан 3 в цилиндр 2 происходит его охлаждение, при этом жидкость из кольцевой полости 8 отдает тепло цилиндру и засасываемой жидкости, поддерживая температуру в пределах 40 - 70°С. Нагреваясь в цилиндре 2 у скважинной жидкости снижается вязкость, что значительно снижает нагрузку на подвижные конструктивные элементы 3, 4 и 5. Особенно это важно при перекачке нефти с вязкостью выше 60 мПа•с при 20°С, вязкость уменьшается в 3 - 8 раз пропорционально росту температуры от 40°С до 70°С.

Так как теплоемкость жидкости (вода: 4200 Дж/(кг•°С)) значительно превышает теплоемкость металла (сталь: 450 Дж/(кг•°С)) цилиндра 2, то температура легко удерживается в пределах 40 - 70°С благодаря необходимому объему жидкости в кольцевой полости 8 кожуха 6.

Для более быстрого охлаждения цилиндра 2 или нагрева цилиндра 2 со скважинной водой от жидкости в кольцевой полости 8 кожуха 6 на поверхности цилиндра 2 (фиг. 2) внутри кожуха 6 могут быть установлено равномерно по периметру оперение 12 (продольные пластины, винтовые пластины или т.п.) для увеличения площади теплообмена.

Во время остановки, например, для ремонта, извлечения из скважины плунжерного насоса происходит охлаждение жидкости в кольцевой полости 8 (фиг. 1) с уменьшением ее объема образую разряжение в кожухе 6, которое открывает пропускной клапан 11, засасывая жидкость в кожух 6 из скважины через заливное отверстие 9.

Как показала практика, благодаря работе скважинного плунжерного насоса при практически постоянном температурном режиме, межремонтный период вырос в 2 - 2,5 раза.

Прилагаемый скважинный плунжерный насос позволяет поддерживать примерно одинаковую температуру по всей поверхности снаружи цилиндра в пределах 40 - 70°С, увеличивая межремонтный период и позволяя перекачивать вязкие нефти с меньшей нагрузкой.

Похожие патенты RU2775325C1

название год авторы номер документа
ПОГРУЖНАЯ СТРИКЦИОННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА 2018
  • Кузнецов Андрей Леонидович
RU2756625C2
ПОГРУЖНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА С ЛИНЕЙНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, НАСОСОМ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ И СПОСОБ ЕЁ ЭКСПЛУАТАЦИИ 2017
  • Хачатуров Дмитрий Валерьевич
RU2677773C2
Задвижка со стрикционным приводом в затворе 2021
  • Кузнецов Андрей Леонидович
RU2756491C1
Задвижка с внутренним стрикционным приводом 2021
  • Кузнецов Андрей Леонидович
RU2766949C1
СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРОПРИВОДНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ 1997
  • Пономарев А.К.
  • Бабаев О.М.
  • Метлин В.Б.
  • Андреев И.И.
  • Лукин А.В.
  • Наумов Ю.И.
  • Смотрик Д.В.
  • Савичев В.С.
  • Павлов И.В.
  • Ангорин Д.М.
RU2116512C1
СКВАЖИННАЯ ЭЛЕКТРОГИДРОПРИВОДНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА 2016
  • Виеру Николай Федорович
  • Ивановский Леонид Николаевич
  • Матвеенко Сергей Михайлович
RU2649158C2
СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ 2014
  • Басос Георгий Юрьевич
RU2565619C1
Установка штангового глубинного насоса для эксплуатации в условиях, осложненных образованием отложений 2023
  • Белов Александр Евгеньевич
RU2810373C1
СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА 2013
  • Антоненко Николай Митрофанович
  • Антоненко Сергей Викторович
  • Просвиров Сергей Григорьевич
  • Саутина Ольга Николаевна
  • Редкозубов Валерий Викторович
RU2532475C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХ ПЛАСТОВ 2011
  • Ибрагимов Наиль Габдулбариевич
  • Ахмадуллин Роберт Рафаэлевич
  • Иванов Александр Александрович
  • Шайахметов Анвар Хайдаргалиевич
  • Каримов Равиль Раисович
  • Хаиров Ильяс Гомерович
  • Юмадилов Салават Акрамович
RU2455470C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 775 325 C1

Реферат патента 2022 года Скважинный плунжерный насос

Изобретение относится нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к скважинным насосам объемного вытеснения, предназначенным для подъема жидкости с больших глубин в сложных условиях работы. Скважинный плунжерный насос включает спускаемый в скважину 1 цилиндр 2, всасывающий клапан 3, плунжер 4, нагнетательный клапан 5. Цилиндр 2 снабжен кожухом 6 с наружным сливным отверстием 7, образующим с ним кольцевую полость 8. Кожух 6 установлен на цилиндре 2 герметично, оснащен дополнительным заливным отверстием 9 и заполнен жидкостью в объеме, позволяющим поддерживать температуру 40 - 70°С. Отверстие 7 снабжено сбрасывающим предохранительным клапаном 10, сбрасывающим излишки жидкости при нагреве. Отверстие 9 снабжено пропускным клапаном 11, всасывающим жидкость из скважины 1 при снижении температуры. Изобретение позволяет поддерживать примерно одинаковую температуру по всей поверхности снаружи цилиндра 2 в пределах 40 - 70°С, увеличивая межремонтный период и позволяя перекачивать вязкие нефти с меньшей нагрузкой. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 775 325 C1

1. Скважинный плунжерный насос, включающий спускаемый в скважину цилиндр, всасывающий клапан, плунжер, нагнетательный клапан, причем цилиндр снабжен кожухом с наружным сливным отверстием, образующим с ним кольцевую полость, отличающийся тем, что кожух установлен на цилиндре герметично, оснащен дополнительным заливным отверстием и заполнен жидкостью в объеме, позволяющим поддерживать температуру 40 - 70°С, при этом сливное отверстие снабжено сбрасывающим предохранительным клапаном, сбрасывающим излишки жидкости при нагреве, а заливное отверстие - пропускным клапаном, всасывающим жидкость из скважины при снижении температуры.

2. Скважинный плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что цилиндр оснащен внутри кожуха равномерно по периметру оперением для увеличения площади теплообмена.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2775325C1

Скважинный штанговый насос 2020
  • Нагуманов Марат Мирсатович
  • Ахметшагиев Фанис Кашипович
  • Камильянов Тимербай Сабирьянович
  • Халилов Руслан Рамилевич
  • Мигачев Вадим Викторович
RU2722995C1
ПОГРУЖНАЯ СТРИКЦИОННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА 2018
  • Кузнецов Андрей Леонидович
RU2756625C2
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НАКАТЫВАНИЯ ЗУБЬЕВ У ЗУБЧАТЬ1Х РЕЕК 0
  • М. В. Хоруженко, Т. М. Болотина, В. Н. Пудиков, Е. Л. Хаит
  • Е. И. Проскурин
SU184804A1
СПОСОБ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МАШИНЫ ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2021
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Болштянский Александр Павлович
  • Азябин Захар Вячеславович
  • Носов Евгений Юрьевич
  • Тегжанов Аблай-Хан Савитович
RU2763099C1
US 2018313196 A1, 01.11.2018
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ СОПРЯЖЕННЫХ КАНАЛОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ 2006
  • Веревкин Валерий Иванович
  • Тимирбулатова Ольга Михайловна
  • Седых Сергей Владимирович
  • Турчанинов Евгений Борисович
  • Турчанинов Александр Евгеньевич
  • Галицкая Любовь Владимировна
  • Денисов Григорий Васильевич
RU2326422C1
US 6006837 A, 28.12.1999.

RU 2 775 325 C1

Авторы

Каримов Айдар Альбертович

Ризатдинов Ринат Фаритович

Даты

2022-06-29Публикация

2021-12-07Подача