Штанговый насос для добычи нефти из скважин, осложненных выносом механических примесей Российский патент 2023 года по МПК E21B43/16 F04B47/06 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к штанговым насосам, и может найти применение при добыче нефти из скважин, эксплуатация которых осложнена выносом механических примесей.

Засорение узлов глубинных насосов механическими примесями, выносимыми из продуктивного пласта, является одной из важных проблем при эксплуатации скважин установками штанговых глубинных насосов. Одним из самых распространенных методов является применение барьерных фильтров (перфотрубы, сетки, щелевые фильтры и др.). При большом количестве механических примесей достаточно быстро происходит засорение фильтра, в результате чего коэффициент подачи насоса и дебит жидкости снижаются, что требует проведение подземного ремонта по замене насосного оборудования.

Известен фильтр скважинного насоса (патент RU №35653, МПК E21B 43/08, опубл. 27.01.2004 в бюл. №3), содержащий перфорированную трубу с сеткой и обратный клапан, при этом обратный клапан выполнен в виде золотника, размещенного в нижней части перфорированной трубы с обеспечением свободы осевого перемещения ниже сетки и сообщающего внутреннюю полость фильтра со скважиной в крайнем верхнем положении.

Недостатком данного фильтра является низкая эффективность, так как механические примеси через отверстия в предохранительном клапане после его срабатывания на прямую поступают в насос, что приводит к быстрому засорению узлов штангового насоса.

Известен штанговый насос (И.Т. Мищенко «Скважинная добыча нефти» М., «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003, с. 588), включающий цилиндр с основным всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб. К приему насоса закреплен хвостовик. Газопесочный якорь с контейнером из НКТ размещен ниже насоса. При работе скважинного насоса, приводимого в действие приводом станка-качалки через колонну насосных штанг, жидкость поступает в газопесочный якорь, в котором за счет изменения скоростей потока происходит гравитационное осаждение механических примесей и всплытие пузырьков газа.

Недостатками данного штангового насоса являются ограниченные функциональные возможности насоса, связанные с невозможностью размещения насоса максимально близко к продуктивному пласту, при отсутствии или малом зумпфе скважины, т.к. газопесочный якорь с контейнером из НКТ размещен ниже насоса, а подъем насоса выше для возможности размещения газопесочного якоря с контейнером приводит к уменьшению погружения насоса под динамический уровень и давления на приеме насоса, уменьшению коэффициентов наполнения и подачи, уменьшению дебита нефти.

Наиболее близким по конструкции является штанговый насос для добычи нефти из скважин с малым зумпфом в условиях высокого газового фактора (патент RU №215129, МПК E21B 17/00, F04B 47/02, опубл. 30.11.2022 в бюл. №34), включающий цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб, а цилиндр снабжен полым цилиндрическим кожухом, неподвижно закрепленным в верхней части с цилиндром, при этом выше основного всасывающего клапана полый цилиндрический кожух выполнен по меньшей мере с двумя входными щелевыми фильтрационными отверстиями, перекрытыми металлической сеткой и чашеобразным полукожухом, обращенным открытой частью к устью скважины, притом в верхней части цилиндрического кожуха выполнены газоперепускные клапаны, по меньшей мере два.

Недостатком данного насоса является низкий ресурс при забивании сетки мусором и механическими примесями, в результате чего коэффициент подачи насоса и дебит жидкости снижаются, что требует проведение подземного ремонта по замене насосного оборудования.

Техническим результатом изобретения является повышение функциональных возможностей, увеличение ресурса работы штангового насоса за счет учета перепада давления среды, разворота потока жидкости на приеме насоса, осаждения механических примесей в контейнер, а также повышения межремонтного периода работы скважины, снижения количества подземных ремонтов скважинного оборудования.

Технический результат достигается штанговым насосом для добычи нефти из скважин, осложненных выносом механических примесей, включающим цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, полый цилиндрический кожух, неподвижно закрепленный в верхней части с цилиндром, выполненный с входными щелевыми фильтрационными отверстиями, перекрытыми металлической сеткой, и газоперепускным клапаном, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб.

Новым является то, что в верхней части цилиндрический кожух выполнен с предохранительным клапаном, срабатывающий на перепад давления 0,2 МПа, а в нижней части цилиндрический кожух снабжен контейнером с заглушкой, выполненный по меньшей мере из двух насосно-компрессорных труб, цилиндр оснащен патрубком с расширяющейся воронкой, при этом длина патрубка не менее 1 м, входные щелевые фильтрационные отверстия на цилиндрическом кожухе расположены на уровне между всасывающим клапаном и расширяющейся воронкой.

На фигуре изображена схема предлагаемого насоса, где колонна лифтовых труб – 1, цилиндр – 2, всасывающий клапан – 3, плунжер – 4, нагнетательный клапан – 5, полый цилиндрический кожух – 6, входные щелевые фильтрационные отверстия – 7, металлическая сетка – 8, газоперепускной клапан – 9, предохранительный клапан – 10, контейнер – 11, заглушка – 12, патрубок – 13, расширяющаяся воронка – 14.

Штанговый насос для добычи нефти из скважин, осложненных выносом механических примесей содержит цилиндр 2 с всасывающим клапаном 3, плунжер 4 с нагнетательным клапаном 5, полый цилиндрический кожух 6, неподвижно закрепленный в верхней части с цилиндром 2, выполненный с входными щелевыми фильтрационными отверстиями 7, перекрытыми металлической сеткой 8, и газоперепускным клапаном 9, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб 1.

В верхней части цилиндрический кожух 6 выполнен с предохранительным клапаном 10, срабатывающий на перепад давления 0,2 МПа.

В нижней части цилиндрический кожух 6 снабжен контейнером 11 с заглушкой 12, выполненный по меньшей мере из двух насосно-компрессорных труб.

Цилиндр 2 оснащен патрубком 13 с расширяющейся воронкой 14. При этом длина патрубка 13 не менее 1 м.

Входные щелевые фильтрационные отверстия 7 на цилиндрическом кожухе 6 расположены на уровне между всасывающим клапаном 3 и расширяющейся воронкой 14.

Предлагаемый штанговый насос работает следующим образом.

При работе штангового глубинного насоса, приводимого в действие приводом через колонну насосных штанг, производят подъем продукции по колонне насосно-компрессорных труб. При этом поток жидкости с газом проходит через сетку 8 и входные щелевые фильтрационные отверстия 7 в пространство между полым цилиндрическим кожухом 6 и цилиндром 2 насоса.

В штанговом насосе реализован принцип многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов разворота струй жидкости, изменение скорости потока со сменой направления течения. При повороте потока жидкости в зоне расширяющаяся воронки 14 патрубка 13, за счет разности плотности газа и жидкости, происходит разделение потока жидкости. Более легкий газ под действием архимедовой силы поднимается по кольцевому зазору между кожухом 6 и цилиндром 2 насоса и далее через газоперепускной клапан 9 в затрубное пространство скважины, что повышает эффективность работы насоса.

В случае полного засорения сетки 8 на входных щелевых фильтрационных отверстиях 7 при возникновении перепада давления 0,2 МПа предохранительный клапан 10 открывается, и продукция скважины поступает внутрь кожуха 6 через клапан 10. Наличие предохранительного клапана 10, срабатывающего при перепаде давления повышает функциональные возможности и надежность насоса даже в случае полного засорения сетки, что также повышает межремонтный период работы скважины, снижает количество подземных ремонтов скважинного оборудования.

При этом механические примеси благодаря развороту потока жидкости в зоне воронки 14 патрубка 13 осаждаются в контейнере 11 с заглушкой 12, что увеличивает ресурс работы насоса в сравнении с аналогами.

Таким образом, предлагаемый штанговый насос для добычи нефти из скважин, осложненных выносом механических примесей, повышает функциональные возможности, увеличивает ресурс работы штангового насоса за счет учета перепада давления среды, разворота потока жидкости на приеме насоса, осаждения механических примесей в контейнер, а также повышает межремонтный период работы скважины, снижает количество подземных ремонтов скважинного оборудования.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к штанговым насосам, и может найти применение при добыче нефти из скважин, эксплуатация которых осложнена выносом механических примесей. Штанговый насос для добычи нефти из скважин, осложненных выносом механических примесей, включает цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном и полый цилиндрический кожух. Полый цилиндрический кожух неподвижно закреплен в верхней части с цилиндром и выполнен с входными щелевыми фильтрационными отверстиями, перекрытыми металлической сеткой, и газоперепускным клапаном. При этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб. В верхней части цилиндрический кожух выполнен с предохранительным клапаном, срабатывающим на перепад давления 0,2 МПа. В нижней части цилиндрический кожух снабжен контейнером с заглушкой, выполненным по меньшей мере из двух насосно-компрессорных труб. Цилиндр оснащен патрубком с расширяющейся воронкой, при этом длина патрубка не менее 1 м. Входные щелевые фильтрационные отверстия на цилиндрическом кожухе расположены на уровне между всасывающим клапаном и расширяющейся воронкой. Обеспечивается повышение функциональных возможностей и увеличение ресурса работы штангового насоса, а также повышение межремонтного периода работы скважины и снижение количества подземных ремонтов скважинного оборудования. 1 ил.

Штанговый насос для добычи нефти из скважин, осложненных выносом механических примесей, включающий цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, полый цилиндрический кожух, неподвижно закрепленный в верхней части с цилиндром, выполненный с входными щелевыми фильтрационными отверстиями, перекрытыми металлической сеткой, и газоперепускным клапаном, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб, отличающийся тем, что в верхней части цилиндрический кожух выполнен с предохранительным клапаном, срабатывающим на перепад давления 0,2 МПа, а в нижней части цилиндрический кожух снабжен контейнером с заглушкой, выполненным по меньшей мере из двух насосно-компрессорных труб, цилиндр оснащен патрубком с расширяющейся воронкой, при этом длина патрубка не менее 1 м, входные щелевые фильтрационные отверстия на цилиндрическом кожухе расположены на уровне между всасывающим клапаном и расширяющейся воронкой.