Гидравлический привод штангового скважинного насоса Российский патент 2024 года по МПК F04B47/04 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к гидравлическим приводным устройствам для подъема жидкостей с больших глубин штанговыми глубинными насосами (ШГН).

Известен гидравлический привод скважинного насоса (патент RU № 2788797, МПК F04B 47/04, Е21В 43/00, опубл. 24.01.2023 Бюл. № 3), содержащий соединенные трубопроводами скважинный модуль с силовым гидроцилиндром и модуль реверса с гидробаком, устройством реверса, двигателем и насосом, причем в устройстве реверса установлен гидрозамок, обеспечивающий возвратно-поступательное движение силового гидроцилиндра, дополнительный трубопровод, по которому подаётся управляющий гидравлический сигнал с напорного трубопровода силового гидроцилиндра, гидрораспределитель, обеспечивающий реверс силового гидроцилиндра, и дополнительный дроссель, установленный на входе в поршневую полость гидрозамка, обеспечивающий подачу рабочей жидкости для обеспечения минимальной скорости движения толкателя гидрозамка, что обеспечивает силовому гидроцилиндру плавный реверс, при подвисании колонны штанг и отсутствии движения силового гидроцилиндра вниз, гидрозамок закрывается в связи с потерей давления управления, тем самым исключая несанкционированное движение силового гидроцилиндра вниз.

Недостатками данного привода являются из-за установки на устье скважины большая металлоемкость, ограниченные по высоте габариты и, как следствие, ограниченная длина хода полированного штока и плунжера штангового насоса.

Наиболее близким по технической сущности является гидропривод штангового скважинного насоса (патент RU № 2347064, МПК Е21В 43/00, F04B 47/04, опубл. 20.02.2009 Бюл. № 5), включающий: гидроцилиндр с плунжером, установленный с образованием подплунжерного пространства, возможностью перемещения плунжера вверх под действием избыточного давления рабочей жидкости и опускания упомянутого плунжера вниз под весом колонны насосных штанг при стравливании давления в подплунжерной полости; подъемную колонну, в которой размещена упомянутая исполнительная часть гидропривода; насос для подачи рабочей жидкости под избыточным давлением, причем исполнительная часть гидропривода имеет центральный канал для подачи рабочей жидкости в подплунжерную полость и вытеснения этой жидкости по этому же каналу при опускании плунжера вниз, в качестве транспортного канала для продукции скважины служит кольцевой зазор, образованный между гидроцилиндром и подъемной колонной, при этом обеспечена вертикальная осевая устойчивость исполнительной части гидропривода путем ее размещения на устье скважины ниже подвески скважинного оборудования.

Недостатками данного гидропривода являются узкая область применения из-за необходимости наличия как минимум еще одной добывающей скважины с аналогичным гидроприводом для переключения на него устьевого насоса, а также наличие подвижной и сообщенной с центральным каналом плунжера гидропривода напорно-силовой линии, которая ограничивает рабочий ход гидропривода и снижает надежность, так как напорно-силовая линии, находящаяся под давлением при постоянном возвратно-поступательном перемещении быстро выходит из строя, как и верхний сальник, не рассчитанный на большой перепад давлений и выполняющий лишь функцию защиты внутренней полости гидроцилиндра от воздействия атмосферных осадков. Отсутствие возможности регулирования положения плунжера относительно цилиндра.

Техническим результатом является создание конструкции гидравлического привода штангового скважинного насоса, позволяющего расширить функциональные возможности за счет обеспечения работы нагнетательного устьевого насоса с одним приводом и повысить надежность за счет расположения канала напорно-силовой линии неподвижно и снаружи цилиндра гидравлического привода.

Техническим решением является гидравлический привод штангового скважинного насоса, включающий гидроцилиндр с плунжером, установленным с образованием подплунжерной и надплунжерной полостей, подъемную колонну, в которой размещен гидроцилиндр, емкость с рабочей жидкостью, насос для подачи рабочей жидкости из емкости по напорно-силовой линии под избыточным давлением через канал в подплунжерную полость для подъема плунжера, кольцевой зазор, образованный между гидроцилиндром и подъемной колонной и выполненный с возможностью подъема продукции скважины от штангового насоса, при этом канал выполнен с возможностью вытеснения рабочей жидкости из подплунжерной полости при перемещении плунжера гидроцилиндра вниз под весом штанг и плунжера штангового насоса, а надплунжерная полость сообщена с емкостью сливной линией.

Новым является то, что напорно-силовая и сливная линии соединены перемычкой, оснащенной управляемой задвижкой, изготовленной с возможностью открытия при перемещении плунжера вверх и закрытия при перемещении плунжера вниз, канал расположен снаружи гидроцилиндра, с которым снизу сообщен как минимум одним боковым отверстием, насос выполнен с возможностью остановки при достижении плунжером верхней мертвой точки и запуска при достижении плунжером нижней мертвой точки.

На чертеже изображена схема гидравлического привода штангового скважинного насоса

Гидравлический привод штангового скважинного насоса включает в себя гидроцилиндр 1 с плунжером 2, установленным с образованием подплунжерной 3 и надплунжерной 4 полостей, подъемную колонну 5, в которой размещен гидроцилиндр 1, емкость 6 с рабочей жидкостью, насос 7 для подачи рабочей жидкости из емкости 6 по напорно-силовой линии 8 под избыточным давлением через канал 9 в подплунжерную полость 3 для подъема плунжера 2, кольцевой зазор 10, образованный между гидроцилиндром 1 и подъемной колонной 5, выполнен с возможностью подъема продукции скважины от штангового насоса 11. Канал 9 выполнен с возможностью вытеснения рабочей жидкости из подплунжерной полости 3 при перемещении плунжера 2 гидроцилиндра 1 вниз под весом штанг 12 и плунжера 13 штангового насоса 11. Надплунжерная полость 4 сообщена с емкостью 6 сливной линией 14. Напорно-силовая 8 и сливная 14 линии соединены перемычкой 15, оснащенной управляемой блоком управления А (показан условно) задвижкой 16, изготовленной с возможностью открытия при перемещении плунжера 2 гидроцилиндра 1 вниз и закрытия при перемещении этого плунжера 2 вниз. Канал 9 расположен снаружи гидроцилиндра 1, с которым снизу сообщен как минимум одним боковым отверстием 17. Насос 7 выполнен с возможностью остановки блоком управления А при достижении плунжером 2 верхней мертвой точки и запуска блоком управления А при достижении плунжером 2 нижней мертвой точки. Верхняя и нижняя мёртвые точки определяются магнитными или электромагнитными датчиками 18 и 19 соответственно, реагирующими на магнитную метку (не показана), установленную на плунжере 2, или ультразвуковым и/или лазерным дальномером 20, передающими соответствующий сигнал по кабелю (не показан) или беспроводной сети (в диапазоне коротких или ультракоротких волн в гражданском диапазоне) на блок управления А. На конструкцию датчиков 18 и 19 и дальномера 20, на способы передачи данных, управляющие сигналы и на блок управления А авторы не претендуют (они могут использоваться любой известной конструкции. От обратного потока жидкости в емкость 6 через насос 7 при его остановке предохраняет обратный клапан 21.

Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения и т.п., не влияющие на объяснение работоспособности гидравлического привода штангового скважинного насоса, на чертеже не показаны либо показаны условно.

Гидравлический привод штангового скважинного насоса собирается и работает следующим образом.

В скважину 22 со вскрытым продуктивным пластом 23 сначала спускают цилиндр штангового насоса 11. Для увеличения цилиндра штангового насоса 11 до необходимой длины (определяется технологами в зависимости от продуктивности пласта 23 - авторы не претендуют) возможно использование соединение нескольких типовых цилиндров штангового насоса 11 (например, 89-НВ1Б 57-35-12, ГОСТ 31835-2012), которые на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 24 и присоединенной сверху подъемной колонне 5 спускают в скважину 22 в интервал установки (определяют технологи - авторы не претендуют) для добычи продукции пласта 23. В подъемную колонну 5 и НКТ 24 спускают на штангах 12 плунжер 13 штангового насоса 11. Штанги соединяют с полированным штоком 25 плунжера 2, вставленных в гидроцилиндр 1, который могут предварительно оснастить датчиками 18 и 19 верхней и нижней мертвых точек соответственно. К боковому отверстию 17 гидроцилиндра 1 присоединяют герметично канал 9 в виде полой трубки. После чего гидроцилиндр 1 с плунжером 2, расположенным внизу (но не перекрывая отверстие 17) и каналом 9 снаружи спускают в скважину 22 до взаимодействия плунжера 13 с нижней мёртвой точкой штангового насоса 11. Для увеличения гидроцилиндра 1 до необходимой длины (для обеспечения полного рабочего хода плунжера 13 в цилиндре штангового насоса 11) возможно использование соединение нескольких типовых цилиндров штангового насоса 11 (например, 60-НВ1Б 44-35-12, ГОСТ 31835-2012). Устье скважины 22 герметизируют гидроцилиндр 1 заполняют рабочей жидкостью (пресной водой, антифризом, жидким машинным маслом, веретёнкой или т.п.), при необходимости сверху оснащают дальномером 20 для контроля за положением плунжера 2. Датчики 18 и 19 и/или дальномер 20 технологически соединяют с блоком управления А для передачи сигналов положения плунжера 2 в верхней или нижней мертвых точках гидроцилиндра 1. Подплунжерную полость 3 гидроцилиндра 1 каналом 9 и напорно-силовой линией 8 через клапан 21 и насос соединяют с емкостью 6. Надплунжерную полость 4 гидроцилиндра 1 сливной линией 14 соединяют с емкостью 6. Напорно-силовую 8 и сливную 14 линии соединят перемычкой 15 с управляемой задвижкой 16. Насос 7 и задвижку 16 технологически соединяют с блоком управления А для получения управляющих сигналов на включение-выключение и открытие закрытие соответственно. Гидравлический привод штангового скважинного насоса готов к работе.

Блок управления А дает сигнал на закрытие задвижки 16 и включение насоса 7, под действием которого рабочая жидкость из емкости 6 по напорно-силовой линии 8 через клапан 21, канал 9 и отверстие 17 поступает под давлением в подплунжерную полость 3 гидроцилиндра 1, выталкивая вверх плунжер 2 относительно гидроцилиндра 1. При этом рабочая жидкость из надплунжерной полости 4 гидроцилиндра 1 выдавливается по сливной линии 14 в емкость 6, полированный шток 25 увлекает за собой вверх штанги 12 с плунжером 13 штангового насоса 11, нагнетательный клапан 26 закрывается, и продукция пласта 23 скважины 22, находящаяся над плунжером 13, поднимается по НКТ 24 и кольцевому зазору 10, располагаемому между гидроцилиндром 1 и подъемной колонной 5, через сливной патрубок 27 отправляется в сборный трубопровод (не показана). Под плунжером 13 в штанговом насосе 11 создается разряжение, открывающее всасывающий клапан 28 и затягивающий продукцию пласта 23 из скважины 22 внутрь цилиндра штангового насоса 11.

По достижению верхней мёртвой точки плунжером 2 от датчика 18 и/или длиномера 20 в блок управления А отправляется сигнал. Блок управления А подает сигнал на остановку работы насоса 7 и открытие задвижки 16. В результате под весом полированного штока 25 (являющегося частью штанг 12), штанг 12 и плунжера 13 штангового насоса 11 плунжер 2 начинает перемещаться вниз. Рабочая жидкость из подплунжерной полости 3 гидроцилиндра 1 через отверстие 17, канал 9, напорно-силовую линию 8, перемычку 15 и сливную линию 14 поступает в надплунжерную полость 4. Так как площадь поперечного сечения подплунжерной полости 3 гидроцилиндра 1 из-за полированного штока 25 меньше площади поперечного сечения надплунжерную полость 4, а рабочий ход плунжера 2 остается для обоих полостей 3 и 4 одинаковым, то недостающий объем жидкости подсасывается в надплунжерную полость 4 по сливной линии 14 из емкости 6. Клапан 21 перекрывает обратный поток рабочей жидкости по напорно-силовую линии 8 через насос 7. При этом в полости цилиндра штангового насоса 11 под плунжером 13 возрастает давление, которое перекрывает всасывающий клапан 28, открывает нагнетательный клапан 26, через который продукция пласта 23 скважины 22 перетекает через опускающийся плунжер 13 в пространство над плунжером 13 штангового насоса 11.

По достижению нижней мёртвой точки плунжером 2 от датчика 19 и/или длиномера 20 в блок управления А отправляется сигнал. Блок управления А дает сигнал на закрытие задвижки 16 и включение насоса 7, под действием которого рабочая жидкость из емкости 6 по напорно-силовой линии 8 через клапан 21, канал 9 и отверстие 17 поступает под делением в подплунжерную полость 3 гидроцилиндра 1. И циклы подъема и опускания плунжеров 2 и 13 гидроцилиндра 1 и штангового насоса 11 под контролем блока управления А повторяются, поднимая на поверхность продукцию пласта 23 скважины 22. При этом канал 9 и линии 8 и 14 остаются неподвижными упрощая конструкцию и увеличивая срок работы как минимум в 2,5 раза по сравнению с аналогом. Этот гидравлический привод полностью независим от других приводов, поэтому может применяться как для одиночных скважин, так и для работы на кусте скважин.

Предлагаемый гидравлический привод штангового скважинного насоса позволяет расширить функциональные возможности за счет обеспечения работы нагнетательного устьевого насоса с одним приводом и повысить надежность за счет расположения канала напорно-силовой линии неподвижно и снаружи цилиндра гидравлического привода.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к гидравлическим приводным устройствам для подъема жидкостей с больших глубин штанговыми глубинными насосами. Гидравлический привод штангового скважинного насоса включает гидроцилиндр 1 с плунжером 2, установленным с образованием подплунжерной и надплунжерной полостей 3 и 4, подъемную колонну 5, в которой размещен гидроцилиндр 1, емкость 6 с рабочей жидкостью, насос 7 для подачи рабочей жидкости из емкости 6 по напорно-силовой линии 8 под избыточным давлением через канал 9 в полость 3 для подъема плунжера 2, кольцевой зазор 10, образованный между гидроцилиндром 1 и колонной 5 и выполненный с возможностью подъема продукции скважины от штангового насоса 11. Канал 9 выполнен с возможностью вытеснения рабочей жидкости из полости 3 при перемещении плунжера 2 вниз под весом штанг 12 и плунжера 13 насоса 11. Полость 4 сообщена с емкостью 6 сливной линией 14. Линии 8 и 14 соединены перемычкой 15, оснащенной управляемой задвижкой 16, изготовленной с возможностью открытия при перемещении плунжера 2 вверх и закрытия при перемещении плунжера 2 вниз. Канал 9 расположен снаружи гидроцилиндра 1, с которым снизу сообщен как минимум одним боковым отверстием 17. Насос 7 выполнен с возможностью остановки при достижении плунжером 2 верхней мертвой точки и запуска при достижении плунжером 2 нижней мертвой точки. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей и повышение надежности. 1 ил.

Гидравлический привод штангового скважинного насоса, включающий гидроцилиндр с плунжером, установленным с образованием подплунжерной и надплунжерной полостей, подъемную колонну, в которой размещен гидроцилиндр, емкость с рабочей жидкостью, насос для подачи рабочей жидкости из емкости по напорно-силовой линии под избыточным давлением через канал в подплунжерную полость для подъема плунжера, кольцевой зазор, образованный между гидроцилиндром и подъемной колонной и выполненный с возможностью подъема продукции скважины от штангового насоса, при этом канал выполнен с возможностью вытеснения рабочей жидкости из подплунжерной полости при перемещении плунжера гидроцилиндра вниз под весом штанг и плунжера штангового насоса, а надплунжерная полость сообщена с емкостью сливной линией, отличающийся тем, что напорно-силовая и сливная линии соединены перемычкой, оснащенной управляемой задвижкой, изготовленной с возможностью открытия при перемещении плунжера вверх и закрытия при перемещении плунжера вниз, канал расположен снаружи гидроцилиндра, с которым снизу сообщен как минимум одним боковым отверстием, насос выполнен с возможностью остановки при достижении плунжером верхней мертвой точки и запуска при достижении плунжером нижней мертвой точки.