ШТАНГОВЫЙ ГЛУБИННЫЙ НАСОС Российский патент 2025 года по МПК F04B47/02 

Устройство предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности, в частности при добыче нефти штанговыми насосными установками из скважин с малым зумпфом (менее 5 м), эксплуатация которых осложнена высоким газовым фактором и наличием механических примесей в добываемой продукции.

В настоящее время в связи с проводимыми оптимизационными мероприятиями по снижению забойного давления имеется проблема обеспечения работоспособности с максимальным отбором жидкости, поэтому обычная штанговая установка без дополнительного защитного оборудования (от газа и мехпримесей) не может обеспечить необходимый отбор при высокой надежности.

Известна традиционная скважинная штанговая насосная установка (А.Г. Молчанов, В.Л. Чичеров. «Нефтепромысловые машины и механизмы» Учебник для техникумов. 2-е изд-е, перераб. и доп. М., «Недра», 1983, с. 34-37), состоящая из привода, колонны насосных штанг, скважинного насоса, колонны насосно-компрессорных труб. При работе скважинного насоса, приводимого в действие приводом через колонну насосных штанг, жидкость по колонне насосно-компрессорных труб поднимается к устью скважины, откуда поступает в систему сбора.

В настоящее время в связи с проводимыми оптимизационными мероприятиями по снижению забойного давления имеется проблема обеспечения работоспособности с максимальным отбором жидкости, поэтому обычная установка без дополнительного защитного оборудования (от газа и механических примесей) не может обеспечить необходимый отбор при высокой надежности.

Известна скважинная штанговая насосная установка для добычи нефти из скважин с большим дебитом жидкости в условиях высокого газового фактора (патент RU № 216467, МПК E21B 43/00, 43/38, опубл. 07.02.2023 в бюл. №4), состоящая из вставного штангового насоса, колонны насосных штанг, колонны эксплуатационных насосно-компрессорных труб, хвостовика, пакера. Вставной штанговый насос приводится в действие через колонну насосных штанг и колонну эксплуатационных насосно-компрессорных труб. Пакер расположен выше продуктивного пласта. Между вставным штанговым насосом и хвостовиком последовательно установлены перфорированный патрубок, заглушенная муфта, патрубок колонны эксплуатационных насосно-компрессорных труб, и двухканальная муфта с отводом. Над вставным штанговым насосом установлен перепускной клапан с принудительной откачкой газа. Отвод выполнен с внутренним диаметром 40 мм и длиной, обеспечивающей расстояние между выходным отверстием отвода и приемом вставного штангового насоса не менее 2 м.

Недостатком данной установки является ограничение по применению в эксплуатационных колоннах менее 168 мм из-за наличия бокового отвода в конструкции, что увеличивает габариты устройства. Кроме того, из-за возможности засорения газоперепускного клапана кусками асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО), существует вероятность последующего скапливания газа в межтрубном пространстве и снижения динамического уровня вплоть до срыва подачи насоса.

Известен штанговый насос (И.Т. Мищенко «Скважинная добыча нефти» М., «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003, с. 588), включающий цилиндр с основным всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб. К приему насоса закреплен хвостовик. Газопесочный якорь с контейнером из НКТ размещен ниже насоса. При работе скважинного насоса, приводимого в действие приводом станка-качалки через колонну насосных штанг, жидкость поступает в газопесочный якорь, в котором за счет изменения скоростей потока происходит гравитационное осаждение механических примесей и всплытие пузырьков газа.

Недостатками данного насоса являются:

- ограниченные функциональные возможности насоса, связанные с невозможностью размещения насоса максимально близко к продуктивному пласту, при отсутствии или малом зумпфе скважины, так как газопесочный якорь с контейнером из НКТ размещен ниже насоса, а подъем насоса выше для возможности размещения газопесочного якоря с контейнером приводит к уменьшению погружения насоса под динамический уровень и давления на приеме насоса, уменьшению коэффициентов наполнения и подачи, уменьшению дебита нефти;

- невозможность применения гравитационного способа сепарации газа и механических примесей с помощью газопесочного якоря, устанавливаемого под насосом, в условиях необходимости спуска насоса непосредственно напротив продуктивного пласта и малого зумпфа или его отсутствия.

Наиболее близким является штанговый насос для добычи нефти из скважин с малым зумпфом в условиях высокого газового фактора (патент RU № 215129, МПК E21B 17/00, F04B 47/02, опубл. 30.11.2022, бюл. №34), включающий цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб. Цилиндр снабжен полым цилиндрическим кожухом, неподвижно закрепленным в верхней части с цилиндром, при этом выше основного всасывающего клапана полый цилиндрический кожух выполнен по меньшей мере с двумя входными щелевыми фильтрационными отверстиями, перекрытыми металлической сеткой и чашеобразным полукожухом, обращенным открытой частью к устью скважины, притом в верхней части цилиндрического кожуха выполнены газоперепускные клапаны, по меньшей мере два.

Недостатком данного насоса является ограниченные технологические возможности, невозможна эксплуатация на скважинах с диаметром эксплуатационной колонны менее 168 мм из-за наличия цилиндрического полукожуха на боковой поверхности.

Техническая задача является защита от механических примесей при максимальной сепарации газа при эксплуатации на скважинах с диаметром эксплуатационной колонны менее 168 мм.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности работы штангового насоса за счет применения многоступенчатой фильтрации и сепарации добываемой продукции с использованием гидродинамических эффектов разворота струй жидкости, изменения скорости потока со сменой направления течения, обеспечения работоспособности и поддержания значения коэффициентов наполнения и подачи штангового насоса, а также расширение технологических возможностей эксплуатацией на скважинах с диаметром эксплуатационной колонны менее 168 мм.

Технический результат достигается штанговым глубинным насосом, выполненный с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб, включающий цилиндр с всасывающим клапаном и полым цилиндрическим кожухом с металлическими сетчатыми фильтрами, плунжер с нагнетательным клапаном.

Новым является то, что цилиндрический кожух выполнен с открытой верхней частью, верхний и нижний металлические сетчатые фильтры выполнены в виде усеченного конуса из металлической проволоки, большее основание которого - металлическое кольцо, фиксируемое в кожухе ограничительными винтами, меньшее основание - уплотнительное резиновое кольцо, сопрягаемое с цилиндром, при этом уплотнительное резиновое кольцо нижнего фильтра установлено на кольцевом ограничителе, присоединенном к цилиндру с помощью резьбового соединения, причем усеченный конус верхнего фильтра направлен вершиной к устью скважины, усеченный конус нижнего фильтра - вершиной к забою скважины, верхний фильтр выполнен в виде грубого фильтра, а нижний - тонкого.

На фигуре изображена схема предлагаемой установки, где цилиндр - 1, всасывающий клапан - 2, плунжер - 3, нагнетательный клапан - 4, колонна лифтовых труб - 5, кожух - 6, верхний сетчатый фильтр - 7, нижний сетчатый фильтр - 8, уплотнительное резиновым кольцом - 9, 9/, металлическое кольцо - 10, 10/, ограничительные винты - 11, 11/, кольцевой ограничитель - 12.

Сущность изобретения

Штанговый глубинный насос, выполненный с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб, включает цилиндр 1 с всасывающим клапаном 2 и полым цилиндрическим кожухом 6 с металлическими сетчатыми фильтрами 7, 8, плунжер 3 с нагнетательным клапаном 4.

Цилиндрический кожух 6 выполнен с открытой верхней частью.

Верхний 7 и нижний 8 металлические сетчатые фильтры выполнены в виде усеченного конуса из металлической проволоки, большее основание которого - металлическое кольцо 10, 10/, фиксируемое в кожухе ограничительными винтами 11, 11/, меньшее основание - уплотнительное резиновое кольцо 9, 9/, сопрягаемое с цилиндром 1.

При этом уплотнительное резиновое кольцо 9/ нижнего фильтра 8 установлено на кольцевом ограничителе 12, присоединенном к цилиндру 1 с помощью резьбового соединения (на фиг. не показано).

Причем усеченный конус верхнего фильтра 7 направлен вершиной к устью скважины (на фиг. не показано), усеченный конус нижнего фильтра 8 - вершиной к забою скважины (на фиг. не показано). Тем самым увеличивается площадь фильтра, что позволят продлить срок службы устройства.

Верхний фильтр 7 выполнен в виде грубого фильтра, а нижний 8 - тонкого.

Штанговый глубинный насос работает следующим образом.

При работе штангового глубинного насоса, приводимого в действие приводом через колонну насосных штанг, производится подъем продукции по колонне насосно-компрессорных труб.

В штанговом насосе реализован принцип многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов разворота струй жидкости, изменение скорости потока со сменой направления течения. При повороте потока жидкости в зоне верхнего сетчатого фильтра 7 кожуха 6 и у приема насоса, за счет разности плотности газа и жидкости, происходит разделение потока жидкости и газа, газ поднимается в затрубное пространство, может стравливаться через устьевой клапан в трубопровод или с помощью компрессора (на схеме не показаны).

Добываемая продукция с механическими примесями проходит ступенчатую фильтрацию, в грубом фильтре задерживается крупный мусор, мелкие механические примеси задерживаются тонким фильтром. Выполнение фильтров в виде усеченных конусов также увеличивает площадь фильтрации и продолжительность работы насоса с оптимальным наполнением.

Таким образом, предложение повышает эффективность работы штангового насоса за счет ступенчатой фильтрации добываемой продукции от механических примесей при максимальной сепарации газа, поддержания оптимального наполнения и подачи штангового насоса, а также расширение технологических возможностей эксплуатацией на скважинах с диаметром эксплуатационной колонны менее 168 мм.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к штанговым глубинным насосам для эксплуатации в условиях высокого газового фактора и наличия механических примесей в добываемой продукции скважин с малым зумпфом. Насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб и включает цилиндр 1 с всасывающим клапаном 2 и полым цилиндрическим кожухом 6 с металлическими сетчатыми фильтрами 7, 8, плунжер 3 с нагнетательным клапаном 4. Кожух 6 выполнен с открытой верхней частью. Верхний и нижний фильтры 7, 8 выполнены в виде усеченного конуса из металлической проволоки, большее основание которого - металлическое кольцо 10, фиксируемое в кожухе 6 ограничительными винтами 11, 11/, меньшее основание - уплотнительное резиновое кольцо 9, 9/, сопрягаемое с цилиндром 1. Кольцо 9/ фильтра 8 установлено на кольцевом ограничителе 12, присоединенном к цилиндру 1 с помощью резьбового соединения. Усеченный конус фильтра 7 направлен вершиной к устью скважины. Усеченный конус фильтра 8 - вершиной к забою скважины. Фильтр 7 выполнен в виде грубого фильтра, а фильтр 8 - тонкого. Изобретение направлено на повышение эффективности и надежности работы штангового глубинного насоса. 1 ил.

Штанговый глубинный насос, выполненный с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб, включающий цилиндр с всасывающим клапаном и полым цилиндрическим кожухом с металлическими сетчатыми фильтрами, плунжер с нагнетательным клапаном, отличающийся тем, что цилиндрический кожух выполнен с открытой верхней частью, верхний и нижний металлические сетчатые фильтры выполнены в виде усеченного конуса из металлической проволоки, большее основание которого - металлическое кольцо, фиксируемое в кожухе ограничительными винтами, меньшее основание - уплотнительное резиновое кольцо, сопрягаемое с цилиндром, при этом уплотнительное резиновое кольцо нижнего фильтра установлено на кольцевом ограничителе, присоединенном к цилиндру с помощью резьбового соединения, причем усеченный конус верхнего фильтра направлен вершиной к устью скважины, усеченный конус нижнего фильтра - вершиной к забою скважины, верхний фильтр выполнен в виде грубого фильтра, а нижний - тонкого.