Скважинная насосная установка с самоочищающимся приемным фильтром Российский патент 2024 года по МПК E21B43/00 E21B37/08 

Изобретение относится к области добычи нефти, к способам эксплуатации погружных скважинных насосных установок с самоочищающимися приемными фильтрами.

Известен погружной скважинный насос с приемным фильтром, содержащий корпус, цилиндрический перфорированный хвостовик, внутренняя полость которого сообщена со входом насоса, скребок, охватывающий хвостовик, при этом хвостовик и скребок установлены с возможностью относительного возвратно-поступательного движения (см. патент РФ №2020269, МПК F04B 47/00, опуб. 1994 г.).

Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции и недостаточная надежность работы.

Известен погружной скважинный насос с приемным фильтром, содержащий цилиндрический корпус, самоочищающийся фильтр, включающий перфорированный хвостовик, внутренняя полость которого сообщена со входом насоса, охватывающий хвостовик скребок, при этом хвостовик и скребок выполнены с возможностью относительного возвратно-поступательного и углового перемещения (см. А.с. СССР №1617199, МПК F04B 47/00, опуб. 31.12.1990 г.).

Очищение поверхности фильтра путем относительного осевого и углового перемещения хвостовика и скребка позволяет повысить эффективность очистки.

Недостатками известного устройства являются недостаточная надежность и сложность конструкции очищающего устройства.

Известна погружная скважинная насосная установка с самоочищающимся приемным фильтром, содержащая спущенный в скважину насос с приводом, устьевую арматуру, насос оснащен цилиндрическим корпусом, фильтром, выполненным в виде перфорированного цилиндрического хвостовика со сквозными ячейками и средство очистки фильтра, выполненное в виде скребка, имеющее способность охватывать хвостовик и снабженное по торцам верхним и нижним кольцами ответно корпусу и хвостовику, хвостовик телескопически соединен с корпусом насоса с возможностью ограниченного упором осевого перемещения, скребок, выполнен в виде перфорированного цилиндра с образованием чередующихся отверстий и выступов, ответно выполненных ячейкам хвостовика, при этом верхнее кольцо жестко соединено с корпусом насоса (патент РФ №2691362, МПК F04B 47/00, F04B 53/20, опубл. 13.06.2019, бюл. №17), который принят за прототип.

Телескопическое соединение хвостовика и корпуса насоса, выполнение в скребке чередующихся выступов и отверстий ответно ячейкам хвостовика позволяет осуществить относительное перемещение корпуса и хвостовика при изменении режима работы насоса.

Недостатками известного устройства являются возможность существенного снижения объемной подачи насоса вследствие начала перемещения хвостовика при превышении усилия от перепада давления его веса. При подъеме пластовой среды с содержанием газа даже небольшое снижение давления на входе насоса приводит к существенному снижению подачи. Кроме того, снижение давления в полости хвостовика может привести к выделению нерастворенного газа.

Технической задачей предлагаемого изобретения является исключение снижения подачи насоса за счет поддержания пропускной способности фильтра на максимальном уровне и возможности принудительного включения системы очистки в работу.

Решение технической задачи достигается тем, что, в скважинной насосной установке с приемным фильтром, содержащей насос с цилиндрическим корпусом, приемный фильтр, выполненный в виде перфорированного и подпружиненного цилиндрического хвостовика, телескопически соединенного с корпусом с возможностью ограниченного упором осевого перемещения, средство очистки фильтра, выполненное в виде скребка, имеющее способность охватывать хвостовик и снабженное по торцам верхним и нижним кольцами соответственно жестко соединенным с корпусом и ответно выполненным хвостовику, при этом хвостовик и скребок с нижним кольцом установлены с возможностью относительного возвратно-поступательного движения и сообщения полости хвостовика со входом насоса, корпус насоса выполнен с возможностью соединения с колонной НКТ, сообщающейся с выходным патрубком устьевой арматуры, согласно техническому решению, хвостовик в нижней части снабжен кольцевым выступом, пружина установлена между кольцевым выступом хвостовика и нижним кольцом скребка, выходной патрубок устьевой арматуры снабжен последовательно соединенными регулируемым дросселем и расходомером, при этом вес хвостовика равен усилию пружины при среднем положении хвостовика.

Регулируемый дроссель снабжен электромагнитным приводом, а расходомер - датчиком расхода, при этом датчик расходомера соединен с приводом дросселя через ящик управления.

Конструкция предлагаемого устройства поясняется чертежом.

На фиг. 1 представлена схема скважинной штанговой насосной установки с самоочищающимся фильтром;

На фиг. 2 - узел А на фиг. 1.

Скважинная насосная установка, установленная, например, на вертикальной скважине, включает, например, штанговый насос 1 (фиг. 1), содержащий корпус 2, выполненный в виде цилиндра с установленным полым плунжером 3. В нижней части плунжера 3 установлен нагнетательный клапан 4, а в нижней части корпуса 2 - всасывающий клапан 5 с образованием рабочей полости 6 насоса. Насос 1 в нижней части, соосно корпусу 2, снабжен приемным фильтром, выполненным в виде цилиндрического перфорированного хвостовика 7 с ячейками 8 (фиг. 2), телескопически соединенного с корпусом 2 с возможностью ограниченного упором 9 осевого перемещения и с образованием полости 10 хвостовика 7. В нижней части корпуса 2 выполнена, например, ответно хвостовику 7, цилиндрическая обточка (на фиг. не указана) с образованием бурта 11.

В верхней части хвостовика 7, выполнены, например, как минимум, два закрытых продольных сквозных паза 12 с возможностью взаимодействия с нижней и верхней стенками (на фиг. не указаны) пазов 12 с упором 9. Упор 9 выполнен, например, в виде резьбовых штифтов, установленных в ответно выполненных в корпусе 2 резьбовым отверстиям (на фиг. не указаны).

Скребок 13, охватывающий хвостовик 7, выполнен в виде перфорированного цилиндра с чередующимися отверстиями 14 и выступами 15, ответно выполненными ячейкам 8 хвостовика 7. Скребок 13 по торцам снабжен верхним 16 и нижним 17 кольцами, выполненными, например, в виде центраторов. Кольца 16 и 17 выполнены соответственно ответно корпусу 2 насоса 1 и хвостовику 7. Кольцо 16 жестко соединено с корпусом 2, а хвостовик 7 выполнен с возможностью осевого перемещения относительно кольца 17. Кольцо 16 установлено, например, выше бурта 11 с возможностью взаимодействия с ним и упором (на фиг. не указан) корпуса 2, выполненным, например, в виде пружинного разрезного кольца, установленного в ответно выполненной кольцевой канавке (на фиг. не указана).

Размер отверстий 14 скребка 13 намного больше размера ячеек 8 хвостовика 7.

Хвостовик 7 подпружинен относительно нижнего кольца 17 скребка 13 пружиной 18 с возможностью нахождения упора 9 в средней части пазов 12 при неработающем насосе 1. Это достигается за счет равенства веса хвостовика 7 и усилия пружины 18 при нахождении упора 9 в средней части пазов 12.

Нижняя часть хвостовика 7, ответно выполненная нижнему упору 17, выполнена, например, меньшего диаметра с образованием кольцевого выступа (на фиг. не указан), с возможностью взаимодействовать с пружиной 18.

Насос 1 с хвостовиком 7 опущен в эксплуатационную колонну 19 скважины. Корпус 2 насоса 1 соединен с колонной 20 насосно-компрессорных труб (НКТ), а плунжер 3 соединен с приводом (на фиг. не показан) посредством колонны 21 штанг и полированного штока 22.

Скважина оснащена, например, устьевой арматурой 23 с возможностью сообщения полости колонны 20 НКТ через выходной патрубок 24 устьевой арматуры 23 с напорным трубопроводом 25 для отвода пластовой среды.

Между выходным патрубком 24 и напорным трубопроводом 25 последовательно установлены регулируемый дроссель 26, например, с электромагнитным приводом и расходомер (счетчик жидкости) 27, например, с датчиком расхода жидкости (на фиг. не показан). Датчик расходомера 27 с приводом регулируемого дросселя 26 посредством линий управления (на фиг. не указаны) соединен с ящиком управления 28. Ящик управления 28 может быть оснащен командоаппаратом (на фиг. не показан), позволяющий управлять дросселем 26 в ручном режиме или согласно заложенной программе.

Устройство работает следующим образом.

Пусть плунжер 3 находится в крайнем нижнем положении (фиг. 1). Нагнетательный клапан 4 чуть приоткрыт, а всасывающий клапан 5 закрыт. Хвостовик 7 (фиг. 2) под действием собственного веса находится в крайнем нижнем положении, а упор 9 - в средней части пазов 12. Это достигается за счет равенства веса хвостовика 7 усилию пружины 18 при нахождении упора 9 в средней части пазов 12.

Выступы 15 скребка взаимодействуют с боковой поверхностью хвостовика 7.

Когда ячейки 8 перфорированного хвостовика 7 не засорены, его пропускная способность высокая. Поэтому перепад давления жидкости через хвостовик 7 незначительный, и подача насоса не снижается.

Со временем ячейки 8 хвостовика 7 засоряются механическими примесями и вязкой нефтью. Так как хвостовик 7 находится в равновесии за счет равенства усилия пружины 18 и веса хвостовика 7, даже незначительный перепад давления приводит к перемещению хвостовика 7 относительно скребка 3. При перемещении хвостовика 7 вверх ячейки 8 очищаются, а при обратном перемещении хвостовика 7 обратно вниз дополнительно очищаются ячейки 8.

Засорение ячеек 8 хвостовика 7 приводит к снижению объемной подачи насоса 1 вследствие уменьшения наполняемости рабочей полости 6 насоса 1 жидкостью, а также вследствие расширения нерастворенных и выделением из жидкости растворенных газов. Сигнал о снижении подачи насоса 1 от расходомера 27 поступает в ящик управления 28. Командоаппарат (на фиг. не показан) ящика управления 28 направляет управляющий сигнал приводу (на фиг. не указан) регулируемого дросселя 26 на снижение его прохода. В дальнейшем давление на выходе (на фиг. не указан) насоса 1 резко повышается. Это приводит к увеличению длины колонны 20 НКТ. Низ колонны 20 НКТ и соединенный с ней скребок 13 перемещаются вниз. Хвостовик 7, за счет его инерции и действующего лобового сопротивления жидкости, опускается вниз с некоторым опозданием. Перемещение скребка 13 относительно хвостовика 7 приводит к очищению ячеек 8. Кроме того, резкое перемещение корпуса 2 насоса 1 вниз создает кратковременное повышение давления в полости 10 хвостовика 7. Под действием создавшегося перепада давления, находящиеся в ячейках 8 механические примеси выбрасываются наружу. Интенсивность очистки ячеек 8 повышается при срабатывании привода дросселя 26 при движении плунжера 3 вниз, когда всасывающий клапан 5 закрыт.

Учитывая, что размер отверстий 15 скребка 14 намного больше размера ячеек 8 хвостовика 7, его пропускная способность остается высокой.

При работе насоса перемещение хвостовика 7 относительно скребка осуществляется также при незначительном засорении ячеек 8 и возникновении небольшого перепада давления между пластовой средой на забое (на фиг. не указан) скважины и полости 10.

Предлагаемое устройство позволяет также определить причину снижения подачи насоса в связи с засоренностью фильтра путем контроля изменения подачи насоса после 2-3 циклов срабатываний дросселя 26. При постепенном повышении расхода жидкости на выходном патрубке 24 устьевой арматуры 23 после 2-3 циклов срабатываний дросселя 26, процесс очистки фильтра завершается при восстановлении подачи насоса до первоначального уровня.

Таким образом, осуществляется принудительная очистка ячеек фильтра при незначительном засорении ячеек фильтра, а также при последовательном сужении и открытии прохода регулируемого дросселя в результате перемещения низа колонны НКТ и скребка относительно хвостовика из-за удлинения с последующим укорочением колонны НКТ.

Изобретение относится к области добычи нефти, к способам эксплуатации погружных скважинных насосных установок. Устройство содержит насос с цилиндрическим корпусом, средство очистки фильтра в виде скребка, имеющее способность охватывать хвостовик и снабженное по торцам верхним и нижним кольцами, соответственно жестко соединенным с корпусом и ответно выполненным хвостовику. Приемный фильтр выполнен в виде перфорированного и подпружиненного цилиндрического хвостовика, телескопически соединенного с корпусом с возможностью ограниченного упором осевого перемещения. Хвостовик и скребок с нижним кольцом установлены с возможностью относительного возвратно-поступательного движения и сообщения полости хвостовика со входом насоса. Корпус насоса выполнен с возможностью соединения с колонной насосно-компрессорных труб, сообщающейся с выходным патрубком устьевой арматуры. Хвостовик в нижней части снабжен кольцевым выступом, пружина установлена между кольцевым выступом хвостовика и нижним кольцом скребка, выходной патрубок устьевой арматуры снабжен последовательно соединенными регулируемым дросселем и расходомером. Вес хвостовика равен усилию пружины при среднем положении хвостовика. Исключается снижение подачи насоса за счет поддержания пропускной способности фильтра на максимальном уровне, обеспечивается принудительное включение системы очистки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Скважинная насосная установка с приемным фильтром, содержащая насос с цилиндрическим корпусом, при этом приемный фильтр выполнен в виде перфорированного и подпружиненного цилиндрического хвостовика, телескопически соединенного с корпусом с возможностью ограниченного упором осевого перемещения, средство очистки приемного фильтра, выполненное в виде скребка, имеющее способность охватывать хвостовик и снабженное по торцам верхним и нижним кольцами, соответственно жестко соединенным с корпусом и ответно выполненным хвостовику, при этом хвостовик и скребок с нижним кольцом установлены с возможностью относительного возвратно-поступательного движения и сообщения полости хвостовика со входом насоса, корпус насоса выполнен с возможностью соединения с колонной насосно-компрессорных труб, сообщающейся с выходным патрубком устьевой арматуры, отличающаяся тем, что хвостовик в нижней части снабжен кольцевым выступом, пружина установлена между кольцевым выступом хвостовика и нижним кольцом скребка, выходной патрубок устьевой арматуры снабжен последовательно соединенными регулируемым дросселем и расходомером, при этом вес хвостовика равен усилию пружины при среднем положении хвостовика.

2. Скважинная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что регулируемый дроссель снабжен электромагнитным приводом, а расходомер - датчиком расхода, при этом датчик расходомера соединен с приводом дросселя через ящик управления.