Скважинная глубинная насосная установка Российский патент 2023 года по МПК E21B43/00 F04B47/02 

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для подъема скважинной жидкости на поверхность из скважины со сложным профилем (как минимум с одним отклонением ствола от вертикали более чем на 4º по зенитному углу).

Известен скважинный штанговый насос (авторское свидетельство SU № 987175, МПК F04B 47/02, опубл. 07.01.1983 Бюл. № 1), содержащий неподвижный плунжер, связанный с колонной насосных труб и схватываемый подвижным цилиндром, связанным с колонной насосных штанг, а также всасывающий и нагнетательный клапаны, причем, с целью увеличения коэффициента наполнения при эксплуатации скважин с вязкой и битумной нефтью, плунжер выполнен с прорезями, расположении ми диаметрально противоположно, а связь цилиндра с колонной насосных штанг выполнена в виде размещенного в плунжере стакана с установленным в нем поперечником, пропущенным через прорези.

Недостатком основным данного насоса является сложность конструкции и работы, связанная с необходимостью фиксации неподвижного плунжера относительно цилиндра через подвижный плунжер, а работа насоса осуществляется спускоподъёмными операциями подвижного плунжера при помощи колонны насосных труб в фиксацией внутренних штанг на устье, что также снижает надежность и повышает возможность заклинивания подвижного плунжера, расположенного между цилиндром и неподвижным плунжером особенно скважинах со сложным профилем.

Известна также скважинная плунжерная насосная установка (патент на ПМ RU № 118695, МПК F04B 47/02, опубл. 27.07.2012 Бюл. № 21), включающая установленный в скважине плунжерный насос с всасывающим и нагнетательным клапанами и со штангами, соединенными с полым плунжером, лифтовые трубы со сливным патрубком, соединенные с цилиндром насоса и устьевым приводом, устьевой сальник, размещенный на устье скважины и выполненный с возможностью герметизации лифтовых труб ниже сливного патрубка, при этом штанги расположены снизу плунжера и оснащены якорным узлом, выполненным с возможностью фиксации относительно стенок скважины, причем цилиндр снаружи оснащен центраторами и всасывающим клапаном, расположенным снизу, а снизу изнутри - уплотнительными кольцами для герметизации штанг, выполненных цельными, при этом полость плунжера ниже нагнетательного клапана сообщена каналом с подплунжерным пространством цилиндра, а штанги вставлены в якорный узел с возможностью ограниченного продольного перемещения и/или поворота.

Недостатком основным данной установки является сложность конструкции и работы, связанная с необходимостью фиксации при помощи якорного узла штанг полого плунжера ниже цилиндра относительно стенок скважины перед началом работы, а работа насоса осуществляется спускоподъёмными операциями цилиндра при помощи лифтовой колонны, что также снижает надежность и повышает возможность заклинивания полого плунжера при неправильной или неполной установки якорного узла в скважине, что очень актуально в скважинах со сложным профилем.

Наиболее близким по технической сущности является погружной электронасосный агрегат (патент на ПМ RU № 143463, МПК Е21В 43/00, Е21В 17/10, опубл. 20.07.2014 Бюл. № 20), который объединяет электродвигатель с гидрозащитой, насос и кабельную линию, спускаемые в скважину на подъемных насосно-компрессорных трубах, причем в местах максимальной кривизны скважины установлены с помощью винтов центраторы с пружинными рессорами плоского сечения, выполненные из коррозионно-стойкой и высоколегированной стали.

Недостатками данного агрегата являются узкая область применения из-за работы только с электронасосными агрегатами и невозможность использования в скважинах со сложным профилем особенно плунжерных установок, так как наличие пружинных центраторов в местах максимальной кривизны скважины приводит к увеличенной поперечной нагрузке на насос в местах установки центраторов и не исключает взаимодействие со стенками скважины концов агрегата, находящихся в местах не максимальной кривизны скважины.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является создание скважинной глубинной насосной установки, работающей от устьевого привода при помощи штанг и позволяющей исключить заклинивание плунжера внутри цилиндра при работе в скважине со сложным профилем за счет установки по краям цилиндра жестких центраторов, а равномерно по его длине – пружинных центраторов, как минимум одного на один метр длины цилиндра для исключения его взаимодействия со стенками скважины.

Техническим решением является скважинная глубинная насосная установка, включающая корпус с пружинными центраторами снаружи и рабочим органом внутри, приводимым в движение подаваемой энергией с устья скважины.

Новым является то, что корпус выполнен в виде цилиндра с всасывающим клапаном, а рабочий орган – в виде плунжера с нагнетательным клапаном, причем плунжер для передачи энергии для возвратно-поступательного движения соединен штангами с устьевым приводом, цилиндр при этом дополнительно оснащен сверху и снизу жесткими центраторами, а пружинные центраторы установлены снаружи цилиндра между жесткими центраторами равномерно по длине, как минимум один на 1 м цилиндра для исключения его взаимодействия со стенками скважины.

На чертеже изображена схема скважинной глубинной насосной установки.

Скважинная глубинная насосная установка включает в себя корпус в виде цилиндра 1 с пружинными центраторами 2 снаружи и рабочим органом в виде плунжера (не показан) внутри, приводимым в движение подаваемой энергией с устья скважины через штанги 3 при помощи устьевого привода (не показан – станок-качалка, цепной привод, гидравлический привод или т.п.). Цилиндр 1 снабжен всасывающим клапаном (не показан – шариковый, подпружиненный или т.п.), а плунжер – нагнетательным клапаном (не показан – шариковый, подпружиненный или т.п.). Цилиндр 1 дополнительно оснащен сверху и снизу жесткими центраторами 4, а пружинные центраторы 2 установлены снаружи цилиндра 1 между жесткими центраторами 4 равномерно по длине, как минимум один на 1 м цилиндра 1 для исключения его взаимодействия со стенками скважины 5. Такое расположение пружинных центраторов 2 на цилиндре 1 выбрано эмпирическим путем в ходе испытаний на месторождениях Республики Татарстан (РТ) для исключения взаимодействия цилиндра 1 со стенками скважины 5. На конструкцию и вид крепления центраторов 2 и 4 на цилиндре автор не претендует, так как они известны в большом количестве из открытых источников.

Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения, не влияющие на работоспособность устройства, на чертеже не показаны или показаны условно.

Предварительно проводят исследование ствола скважины геофизическими мероприятиями, определяющими профиль ствола скважины. В случае наличия как минимум одного отклонения ствола от вертикали более чем на 4º по зенитному углу α (α ≥ 4º), цилиндр 1 снаружи оснащают жесткими центраторами 4, а между ними равномерно по длине цилиндра 1 – пружинные центраторы 2, как минимум один на 1 м цилиндра 1 (шаг 1 м). Например, для цилиндра 1, имеющего длину 6 м, сверху и снизу – два жестких центратора 4, а по длине – пять пружинных центратора 2. При 7º ≥α ≥ 4º рекомендуется ставить пружинные центраторы 2 с шагом 0,75 м по длине цилиндра 1, 9º ≥α≥ 7º - 0,5 м. При отклонении α ˃ 9º - не рекомендуется спускать скважинную глубинную насосную установку, так как это может привести к аварийной ситуации – застреванию цилиндра 1 в скважине 5.

После оснащения цилиндра 1 центраторами 2 и 4, его с плунжером и соответствующими клапанами спускают в скважину 5 на штангах 3 или лифтовых трубах 6. При этом центраторы 2 и 4 исключают взаимодействие цилиндра 1 со стенками скважины 5 при прохождении отклонений 7, сглаживая (уменьшая угол отклонения цилиндра 1 от вертикали) изгибы отклонений 7 за счет пружинных центраторов 2.

При достижении интервала работы в скважине 5 скважинной глубинной насосной установки штанги 3 соединяют с устьевым приводом, который передавая через штанги 3 возвратно-поступательное движение плунжеру цилиндра 1, обеспечивает подъем скважинной жидкости на поверхность.

Предполагаемая скважинная глубинная насосная установка работает от устьевого привода при помощи штанг и позволяет исключить заклинивание плунжера внутри цилиндра при работе в скважине со сложным профилем за счет установки по краям цилиндра жестких центраторов и равномерно по его длине – пружинных центраторов, как минимум одного на один метр длины цилиндра для исключения его взаимодействия со стенками скважины.

Заявленное изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для подъема скважинной жидкости на поверхность из скважины со сложным профилем. Скважинная глубинная насосная установка включает корпус с пружинными центраторами снаружи и рабочим органом внутри, приводимым в движение подаваемой энергией с устья скважины. Корпус выполнен в виде цилиндра с всасывающим клапаном, а рабочий орган – в виде плунжера с нагнетательным клапаном. Плунжер для передачи энергии для возвратно-поступательного движения соединен штангами с устьевым приводом. Цилиндр дополнительно оснащен сверху и снизу жесткими центраторами. Пружинные центраторы установлены снаружи цилиндра между жесткими центраторами равномерно по длине, как минимум один на 1 м цилиндра, для исключения его взаимодействия со стенками скважины. Обеспечивается исключение заклинивания плунжера внутри цилиндра при работе в скважине со сложным профилем за счет установки по краям цилиндра жестких центраторов, а равномерно по его длине – пружинных центраторов. 1 ил.

Скважинная глубинная насосная установка, включающая корпус с пружинными центраторами снаружи и рабочим органом внутри, приводимым в движение подаваемой энергией с устья скважины, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра с всасывающим клапаном, а рабочий орган – в виде плунжера с нагнетательным клапаном, причем плунжер для передачи энергии для возвратно-поступательного движения соединен штангами с устьевым приводом, цилиндр при этом дополнительно оснащен сверху и снизу жесткими центраторами, а пружинные центраторы установлены снаружи цилиндра между жесткими центраторами равномерно по длине, как минимум один на 1 м цилиндра, для исключения его взаимодействия со стенками скважины.