Штанговый насос с возможностью обработки призабойной зоны пласта Российский патент 2024 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано для механизированной добычи как обычной нефти, так и высоковязкой нефти, природных битумов, а также и при других осложнённых условиях эксплуатации скважин.

Известен скважинный штанговый насос (А.с. № 987175, МПК F04B 47/02, опубл. 07.01.1983 г., Бюл. № 1), содержащий неподвижный плунжер, связанный с колонной насосных труб и охватываемый подвижным цилиндром, связанным с колонной насосных штанг, а также всасывающий и нагнетательный клапаны, при этом плунжер выполнен с прорезями, расположенными диаметрально противоположно, а связь цилиндра с колонной насосных штанг выполнена в виде размещенного в плунжере стакана с установленным в нём поперечником, пропущенном через прорези.

Недостатками данного скважинного насоса являются относительная сложность конструкции и монтажа насоса, недостаточная надёжность в работе и значительные габариты.

Известен дифференцированный скважинный штанговый насос с подвижным цилиндром для добычи высоковязкой нефти (патент РФ № 84057, МПК Е21В 43/00, опубл. 27.06.2009 г. Бюл. № 18), содержащий неподвижный плунжер, связанный с колонной насосных труб и охватываемый подвижным цилиндром, жестко связанный с колонной насосных штанг, при этом поддерживающий клапан, патрубком, в котором выполнены продольные прорези, с неподвижным плунжером, в средней части которого выполнены радиальные отверстия, через которые, при спущенной вниз до упора колонне штанг, со сборкой цилиндров, полость насосных труб сообщается с затрубным пространством, через радиальные окна, выполненные в верхней части цилиндра, обеспечивая возможность закачки реагентов или теплоносителя.

Недостатками известного штангового насоса является относительная сложность конструкции и монтажа, недостаточная надёжность в работе такого насоса из-за возможного несовпадения отверстий, в режиме закачки, значительные габариты, что существенно, если учесть, что продуктивные пласты природных битумов залегают на глубинах от 80 м и более.

Наиболее близкой функционально является штанговый насос с возможностью прямой промывки (пат. № 2715130, МПК F04B 47/00, опубл. 25.02.2020, Бюл. № 6), содержащий цилиндр, размещенный в полости цилиндра полый плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно в полостях цилиндра и плунжера, включающие корпус с шаром и седлом, толкатель, установленный с возможностью подъема шара нагнетательного клапана при опускании плунжера ниже нижней мертвой точки и приводящий в действие механизм перемещения шара всасывающего клапана, при этом корпус всасывающего клапана выполнен с направляющими для шара, исключающими его боковое перемещение, и окнами, а механизм перемещения шара всасывающего клапана выполнен в виде цанги, одетой на корпус клетки всасывающего клапана, с возможностью ограничения перемещения вниз, лепестки цанги размещены в окнах и в нижней части выполнены с наружными выступами и внутренними – в виде клина, взаимодействующими с шаром между его большим в плоскости, перпендикулярной оси клапана, кругом и седлом, на корпус всасывающего клапана и цангу одет вверх дном стакан, дно стакана жестко соединено c толкателем, боковая поверхность стакана выполнена с окнами для жидкости, а нижний торец стенок стакана выполнен с внутренней конической поверхностью, взаимодействующей с наружными выступами лепестков цанги, причём дно стакана подпружинено вверх относительно корпуса всасывающего клапана.

Недостатком такого насоса является сложность конструкции клапанных узлов, наличие в конструкции пружин, снижающих эксплуатационную надёжность, малые проходные сечения, учитывая то, что часть проходного канала седла отнимает шток толкателя.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы, упрощение конструкции, повышение ее надёжности и уменьшение габаритных размеров.

Поставленная цель достигается штанговым насосом с возможностью обработки призабойной зоны пласта, содержащим цилиндр, размещённый в полости цилиндра полый плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны.

Новым является то, что над основным цилиндром размещён дополнительный цилиндр меньшего диаметра с подвижно расположенным в полости цилиндра полым плунжером соответствующего диаметра, верхний конец которого связан со штоком насоса посредством центратора, причём к нижнему концу плунжера малого диаметра с всасывающим шариковым клапаном присоединён дисковый клапан с запорным элементом в виде диска, жёстко закрепленного на подвижном центрирующем элементе с продольными выборками, при этом верхняя часть клапана дискового выполнена с окнами, которые сообщают межцилиндровое пространство с полостью плунжера малого диаметра и полостью насосных труб, причём центрирующий элемент дискового клапана жёстко связан штоком с плунжерным элементом, внешний диаметр которого равен диаметру основного полого плунжера и размещён вне полости основного плунжера, кроме того нижний конец основного цилиндра оснащён упором кольцевым, внутренний диаметр которого меньше наружного диаметра плунжерного элемента, а длина плунжера малого диаметра равна длине хода насоса, при этом суммарная длина сборки плунжеров основного и дополнительного вместе с всасывающим и нагнетательным, дисковым клапанами в крайнем нижнем положении такова, что верхняя часть центратора остаётся в полости цилиндра малого диаметра.

На фиг. 1 - изображен продольный разрез штангового насоса при ходе вниз.

На фиг. 2 - изображен продольный разрез штангового насоса при ходе вверх (выдавливание).

На фиг. 3 - изображен продольный разрез штангового насоса при упоре вниз (закачка или прямая промывка).

На фиг. 4 - сечение А-А.

Штанговый насос с возможностью обработки призабойной зоны пласта (фиг. 1) содержит цилиндр 1, размещённый в полости цилиндра полый плунжер 2.

Над основным цилиндром 1 размещён дополнительный цилиндр 3 меньшего диаметра с подвижно расположенным в полости цилиндра 3 полым плунжером 4 соответствующего диаметра, верхний конец которого связан со штоком 5 насоса посредством центратора 6.

К нижнему концу плунжера 4 малого диаметра с всасывающим шариковым клапаном 7 присоединён дисковый клапан 8 с запорным элементом в виде диска 9, жёстко закрепленного на подвижном центрирующем элементе 10 с продольными выборками 11.

Верхняя часть клапана дискового 8 выполнена с окнами 12, которые сообщают межцилиндровое пространство с полостью плунжера 4 малого диаметра и полостью насосных труб (на фиг. 1 не показана).

Центрирующий элемент 10 дискового клапана 8 жёстко связан штоком 13 с плунжерным элементом 14, внешний диаметр которого равен диаметру основного полого плунжера 2 и размещён вне полости основного плунжера 2.

Нижний конец основного цилиндра 1 оснащён упором кольцевым 15, внутренний диаметр которого меньше наружного диаметра плунжерного элемента 14, а длина плунжера 4 малого диаметра равна длине хода насоса. При этом суммарная длина сборки плунжеров основного 2 и дополнительного 4 вместе с всасывающим 7 и нагнетательным дисковым 8 клапанами в крайнем нижнем положении такова, что верхняя часть центратора 6 остаётся в полости цилиндра 2 малого диаметра.

Работает насос следующим образом.

При ходе колонны штанг, связанной со штоком насоса 5, вниз, шариковый клапан 7 закрыт, так как он находится под воздействием столба скважинной жидкости в надклапанной полости колонны насосных труб. Клапан остаётся закрытым до конца хода вниз, что в итоге обеспечивает более «лёгкое» погружение колонны штанг, в том числе в высоковязкой среде скважинной продукции, то есть колонна штанг находится под воздействием растягивающих нагрузок, устраняя или уменьшая эффект «зависания».

В тоже время с началом движения колонны штанг, штока насоса 5 и всей сборки вниз, подвижный плунжерный элемент 14 через шток 13 «подтормаживается» внутренней поверхностью цилиндра 1 большого диаметра, принудительно открывая дисковый клапан 8, причём клапан открывается сразу же с началом движения колонны штанг, в отличие от стандартного клапана, содержащего пару шарик-седло. Начинается заполнение полости цилиндра 1 пластовой продукцией, под воздействием пластового давления.

Отличительной особенностью работы такого насоса является то, что полость нижнего цилиндра не вакуумируется и поэтому отбираемая скважинная продукция не дегазируется, осложняя условия работы насоса, а остаётся под пластовым давлением.

При ходе колонны штанг со всей сборкой вверх, (фиг. 2), дисковый клапан 8 закрывается, отсекая межплунжерную порцию скважинной продукции, с этого момента начинается выдавливание под давлением, превышающим давление столба надклапанной жидкости в колонне насосных труб на дневную поверхность.

После чего циклы повторяются.

В тоже время насос такой конструкции способен обеспечить прямую промывку, а также закачку теплоносителя или реагента по колонне насосных или теплоизолированных труб в пласт с целью снижения вязкости отбираемой продукции.

Для выполнения такой операции (фиг. 3) колонна штанг со штоком 5 приспускается вниз до упора в кольцевой упор 15, установленный в нижней части цилиндра 1 большого диаметра, при этом элемент плунжерный 14 через шток 13 смещает вверх центрирующий элемент 10 вместе с диском 9, открывая клапан, и при этом плунжер 4 малого диаметра полностью выдвигается из цилиндра 3 малого диаметра, а верхняя часть центратора 6 остаётся в полости цилиндра 3 малого диаметра. В таком положении элементов насоса полость колонны насосных труб (на фиг. 1-4 не показана) сообщается с призабойной зоной пласта, обеспечивая таким образом, как обработку призабойной зоны, так и прямую промывку скважины.

Штанговый насос с возможностью обработки призабойной зоны пласта эффективен и надёжен в работе за счет упрощения его конструкции и уменьшения габаритных размеров.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано для механизированной добычи как обычной нефти, так и высоковязкой нефти, природных битумов, а также и при других осложнённых условиях эксплуатации скважин. Штанговый насос с возможностью обработки призабойной зоны пласта содержит цилиндр, размещённый в полости цилиндра полый плунжер. Над основным цилиндром размещён дополнительный цилиндр меньшего диаметра с подвижно расположенным в полости цилиндра полым плунжером соответствующего диаметра, верхний конец которого связан со штоком насоса посредством центратора. К нижнему концу плунжера малого диаметра с всасывающим шариковым клапаном присоединён дисковый клапан с запорным элементом в виде диска, жёстко закрепленного на подвижном центрирующем элементе с продольными выборками. Верхняя часть клапана дискового выполнена с окнами, которые сообщают межцилиндровое пространство с полостью плунжера малого диаметра и полостью насосных труб. Центрирующий элемент дискового клапана жёстко связан штоком с плунжерным элементом, внешний диаметр которого равен диаметру основного полого плунжера, и размещён вне полости основного плунжера. Нижний конец основного цилиндра оснащён упором кольцевым, внутренний диаметр которого меньше наружного диаметра плунжерного элемента, а длина плунжера малого диаметра равна длине хода насоса. При этом суммарная длина сборки плунжеров основного и дополнительного вместе с всасывающим и нагнетательным дисковым клапанами в крайнем нижнем положении такова, что верхняя часть центратора остаётся в полости цилиндра малого диаметра. Штанговый насос с возможностью обработки призабойной зоны пласта эффективен и надёжен в работе за счет упрощения его конструкции и уменьшения габаритных размеров. 4 ил.

Штанговый насос с возможностью обработки призабойной зоны пласта, содержащий цилиндр, размещённый в полости цилиндра полый плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны, отличающийся тем, что над основным цилиндром размещён дополнительный цилиндр меньшего диаметра с подвижно расположенным в полости цилиндра полым плунжером соответствующего диаметра, верхний конец которого связан со штоком насоса посредством центратора, причём к нижнему концу плунжера малого диаметра с всасывающим шариковым клапаном присоединён дисковый клапан с запорным элементом в виде диска, жёстко закрепленного на подвижном центрирующем элементе с продольными выборками, при этом верхняя часть клапана дискового выполнена с окнами, которые сообщают межцилиндровое пространство с полостью плунжера малого диаметра и полостью насосных труб, причём центрирующий элемент дискового клапана жёстко связан штоком с плунжерным элементом, внешний диаметр которого равен диаметру основного полого плунжера, и размещён вне полости основного плунжера, кроме того, нижний конец основного цилиндра оснащён упором кольцевым, внутренний диаметр которого меньше наружного диаметра плунжерного элемента, а длина плунжера малого диаметра равна длине хода насоса, при этом суммарная длина сборки плунжеров основного и дополнительного вместе с всасывающим и нагнетательным дисковым клапанами в крайнем нижнем положении такова, что верхняя часть центратора остаётся в полости цилиндра малого диаметра.