Скважинная насосная установка Российский патент 2024 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для промывки элементов глубинной насосной установки непосредственно в скважине.

Известен глубинный поршневой насос (патент SU №383875, МПК F04B 53/20, F04B 47/00, опубл. 23.05.1973 Бюл. №24), имеющий шариковый всасывающий клапан с цилиндрическим корпусам и противопесочный фильтр, причем, с целью осуществления промывки фильтра путем обратного перепуска через него части всасываемой жидкости, корпус всасывающего клапана выполнен в виде втулки, сопрягающейся с цилиндром насоса, а зазор между шариком и упомянутой втулкой выбран из условия обеспечения перетока заданного объема жидкости к противопесочному фильтру.

Основным недостатком данного насоса является узкая область применения из-за возможности промывки только фильтра, что не увеличивает срок межремонтного обслуживания насоса.

Наиболее близким по технической сущности является глубинно-насосная установка (патент SU №347450, МПК F04B 47/00, опубл. 10.08.1972 Бюл. №24), в которой на входе в насос установлен фильтр, периодически промываемый обратным потоком жидкости, причем, с целью автоматизации процесса промывки фильтра, внутренняя полость последнего сообщена при помощи обводного канала с нагнетательной линией насоса через программно управляемый редукционный клапан.

Недостатками данной установки является узкая область применения из-за возможности промывки только фильтра, что не увеличивает срок межремонтного обслуживания глубинно-насосной установки, а наличие программно управляемого клапана затрудняет его использование в полевых, удаленных от цивилизации условиях, а необходимость оборудования этого клапана кабелем для управляющих сигналов резко снижает надежность установки.

Техническим результатом является создание конструкции скважинной насосной установки, позволяющей упростить конструкцию за счет использования в обводном канале клапана, регулирующего механически, и увеличить межремонтный период этой установки за счет периодической промывки седла всасывающего клапана.

Техническим решением является скважинная насосная установка, включающая погружной насос с всасывающим клапаном, спускаемый на колонне лифтовых труб в скважину, обводной канал, сообщающей нагнетательную линию с пространством ниже насоса через управляемый клапан.

Новым является то что управляемый клапан изготовлен в виде шара, поджимаемого к седлу пружиной, усилие прижатия которой выполнено с возможностью регулировки механическим сжатием или ослаблением, причем управляемый клапан настроен с возможностью открытия при давлении как минимум на 10% выше давления столба жидкости в колонне лифтовых труб над ним, но не выше допустимого давления колонны лифтовых труб, при этом выход обводного канала ниже насоса направлен на седло всасывающего клапана под углом от оси 45-60°, обеспечивая скорость потока жидкости 2-4 м/с.

На фиг. 1 изображена скважинная насосная установка, спущенная в скважину.

На фиг. 2 изображен управляемый клапан в продольном разрезе.

На фиг. 3 изображен всасывающий клапан в продольном разрезе.

Скважинная насосная установка включает в себя погружной насос 1 (фиг. 1), спускаемый на колонне лифтовых труб 2 в скважину 3, обводной канал 4 в виде трубки, сообщающей колонну лифтовых труб 2 с пространством ниже насоса 1 через управляемый клапан 5. В качестве насоса 1 могут быть использованы штанговый глубинный насос (ШГН), электрический центробежный насос (ЭЦН), героторный погружной насос (ГПН) или т.п. (авторы на это не претендуют). В качестве колонны лифтовых труб могут быть использована колонна насосно-компрессорных труб (НКТ), колтюбинг или т.п. (авторы на это не претендуют). Управляемый клапан 5 (фиг. 2) изготовлен в виде шара 6 поджимаемого к седлу 7 пружиной 8, усилие прижатия которой выполнено с возможностью регулировки механическим сжатием или ослаблением (например, при помощи винта 9). Управляемый клапан 5 настроен с возможностью открытия при давлении как минимум на 10% выше давления столба жидкости в колонне лифтовых труб 2 над ним, чтобы исключить несанкционированное открытие при переходных процессах во время запуска в работу насоса 1, но не выше допустимого давления колонны лифтовых труб 2 (берется из паспорта изготовителя труб), чтобы исключить их разрыв или нарушение целостности. Выход 10 (фиг. 3) обводного канала 4 (фиг. 1) ниже насоса 1 направлен на седло 11 (фиг. 3) всасывающего клапана 12 под углом α=45-60° от оси всасывающего клапана 12 (определено эмпирическим путем) под шар 13, обеспечивая скорость потока жидкости 2-4 м/с за счет подбора диаметра d выхода 10. При угле α>60° выхода 10 поток жидкости прижимает шар 13 к внутренней стенке всасывающего клапана 12, исключая его ударное взаимодействие с седлом 11 при промывке и, как следствие, дополнительную очистку седла 11. При угле α<45° выхода 10 поток жидкости не промывает седло 11 по периметру, а сразу ходит под седло 11, исключая полную очистку седла 11. Скорость потока, выходящая из выхода 10 на седло 11, ниже 2 м/с из-за низкой кинетической энергии слабо и долго очищает седло 11, что не эффективно, так как приходится на долго останавливать работу насоса 1 (фиг. 1) для поднятия продукции вскрытого скважиной 3 пласта (не показан), а при скорости боле 4 м/с резко возрастает нагрузка на насос 1, прокачивающий по обводному каналу 4 жидкость к седлу 11 (фиг. 3), что может привести к аварийному выходу из строя насоса 1 (фиг. 1).

Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения и/или т.п., не влияющие на объяснение работоспособности скважинной насосной установки, на чертежах (фиг. 1-3) не показаны или показаны условно.

Скважинная насосная установка собирается и работает следующим образом.

Предварительно в лабораторных условиях, исходя из производительности насоса 1 (фиг. 1) (берется из паспортных данных завода-изготовителя насоса 1), определяют необходимый диаметр d (фиг. 3) выхода 10 для обеспечения скорости потока жидкости в пределах 2-4 м/с. После чего сверлят необходимым диаметром d сверла сверлят во всасывающем клапане 12 под углом α выход 10, или добываются необходимого диаметра d выхода 10, просверленного под углом α, съемными тарированным вставными жиклерами (не показаны - авторы на это не претендуют). После чего во всасывающий клапан 12 вставляют шар 13 и седло 11, которое фиксируют в управляемом клапане 5 нижним патрубком 14 (фиг. 1).

Так же в лабораторных условиях, зная глубину установки насоса 1 и управляемого клапана 5 (фиг. 2), поджатием или ослаблением пружины 8 (например, при помощи винта 9) добиваются чтобы шар 6 отходил от седла 7 при давлении как минимум на 10% выше давления столба жидкости в колонне лифтовых труб 2 (фиг. 1) над ним, но не выше допустимого давления колонны лифтовых труб 2.

Насос 1, а также собранные и настроенные управляемый 5 и всасывающий 12 клапаны доставляют к скважине 3. После чего последовательно спускают в скважину 3 всасывающий клапан 12 с нижним патрубком 14, который могут дополнительно оснащать противопоточным фильтром и/или пакером (не показаны), устанавливаемым выше вскрытого пласта, к входному патрубку 15 (фиг. 3) выхода 10 присоединяют и фиксируют (герметиком, клеем, впайкой, сваркой или т.п. - авторы не претендуют) нижний конец трубки обводного канала 4 (фиг. 1), к всасывающему клапану 12 присоединяют насос 1, выше которого размещают управляемый клапан 5, а в выходной канал 16 (фиг. 2) вставляют нижний конец трубки обводного канала 4 (фиг. 1) с фиксацией (герметиком, клеем, впайкой, сваркой или т.п. - авторы не претендуют). Собранную конструкцию на колонне лифтовых труб 2 спускают в интервал установки. Колонну лифтовых труб 2 на устье (не показано) скважины 3 герметизируют и через линейную задвижку (не показана) соединят с трубопроводом (не показан) для отвода добываемой насосом 1 продукции пласта.

По сигналу с устья запускают в работу насос 1. В результате перепада давлений шар 13 (фиг. 3) всасывающего клапана 12 отходит от седла 11, и продукция пласта снизу вверх проходя через каналы 17 поступает на вход насоса 1 (фиг. 1). Далее нагнетаемая насосом 1 продукция с его выхода и проходя через управляемый клапан 5 по лифтовой колонне труб 2 поднимается на поверхность и далее через линейную задвижку попадает в трубопровод.

Периодически измеряя давление в колонне лифтовых труб 2 на выходе из скважины и/или нагрузки на штанах ШГН после остановки и запуска в работу насоса 1 снимают рабочие характеристики (изменение давления при пуске и остановке, нагрузки (динамограмма) на штангах при работе ШГН и/или т.п.), на основании которых делают вывод об эффективности работы всасывающего клапана (скорость открытия и закрытия, герметичность в закрытом состоянии и т.п.).

Если измеряемые параметры выходят за рами допустимых (определяется по паспортным данным), то при работающем насосе 1 перекрывают линейную задвижку на устье скважины 3. В результате в колонне лифтовых труб 2 поднимается давление, шар 6 (фиг. 2) управляемого клапана 5 сжимает пружину 8, отходя от седла 7, и жидкость через выходной канал 16 поступает в трубку обводного канала 4 (фиг. 1), по которой поступает через входной патрубок 15 (фиг. 3) в выход 10 и далее скоростным потоком на седло 11 всасывающего клапана 12. Скоростной поток из выхода 10 омывает и очищает седло 11, при этом приподнимая шар 13 от седла 11, давление потока жидкости, который направляется ниже седла 11, из-за открытого седла 11 падает и шар 13 под собственным весом опускается на седло 11, обстукивая его и дополнительно очищая из-за возникающей механической вибрации седло 11. Далее цикл подъема шара 13 потоком жидкости и удар его под собственным весом о седло 11 повторяется значительно увеличивая интенсивность его очитки от механических примесей и ржавчины. При этом шар 13 также очищается от механических примечсей и ржавчины. Прорывающийся ниже седла 11 периодически поток жидкости дополнительно очищает и противопесочный фильтр (при наличии). По завершении очистки (обычно достаточно 2-7 мин) линейную задвижку на устье скважины 3 (фиг. 1) открывают, шар 6 (фиг. 2) под действием пружины 8 перекрывает седло 7, а насос 1 (фиг. 1) в обычном режиме поднимет продукцию пласта на поверхность из скважины 3.

Как показала практика испытаний скважинной насосной установки на месторождениях Республики Татарстан (РТ) межремонтный период увеличился как минимум в 2,1 раза за счет регулярной очистки всасывающего клапана 12 (как наиболее подверженного засорению и выходу из строя) без использования сложной, управляемой электронно, спускаемой в скважину техники.

Предлагаемая скважинная насосная установка позволяет упростить конструкцию за счет использования в обводном канале механически управляемого клапана и увеличить межремонтный период этой установки за счет периодической промывки седла всасывающего клапана.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для промывки элементов глубинной насосной установки непосредственно в скважине. Скважинная насосная установка включает погружной насос 1 с всасывающим клапаном 12, спускаемый на колонне лифтовых труб 2 в скважину 3, обводной канал 4, сообщающий нагнетательную линию с пространством ниже насоса 1 через управляемый клапан 5. Клапан 5 изготовлен в виде шара, поджимаемого к седлу пружиной, усилие прижатия которой выполнено с возможностью регулировки механическим сжатием или ослаблением. Клапан 5 настроен с возможностью открытия при давлении как минимум на 10% выше давления столба жидкости в колонне лифтовых труб 2 над ним, но не выше допустимого давления колонны лифтовых труб 2. Выход обводного канала 4 ниже насоса 1 направлен на седло всасывающего клапана 12 под углом от оси 45-60°, обеспечивая скорость потока жидкости 2-4 м/с. Изобретение направлено на упрощение конструкции и увеличение межремонтного периода этой установки за счет периодической промывки седла всасывающего клапана. 3 ил.

Скважинная насосная установка, включающая погружной насос с всасывающим клапаном, спускаемый на колонне лифтовых труб в скважину, обводной канал, сообщающий нагнетательную линию с пространством ниже насоса через управляемый клапан, отличающаяся тем, что управляемый клапан изготовлен в виде шара, поджимаемого к седлу пружиной, усилие прижатия которой выполнено с возможностью регулировки механическим сжатием или ослаблением, причем управляемый клапан настроен с возможностью открытия при давлении как минимум на 10% выше давления столба жидкости в колонне лифтовых труб над ним, но не выше допустимого давления колонны лифтовых труб, при этом выход обводного канала ниже насоса направлен на седло всасывающего клапана под углом от оси 45-60°, обеспечивая скорость потока жидкости 2-4 м/с.