Скважинная гидроштанговая насосная установка Советский патент 1991 года по МПК F04B47/04 E21B43/00 

0 tsD

О

оэ -ч|

01

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к скважинным гидроштанговым насосным установкам, и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности при откачке из скважин пластовых жидкостей.

Цель изобретения - повышение производительности и снижение энергетических затрат за счет упрощения конструкции и ее уравновешенности.

На фиг. 1 схематично представлена сква- жинная гидроштанговая насосная установка, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1.

Скважинная гидроштанговая насосная установка содержит установленный в затруб- ном пространстве 1 скважины 2 через пакер 3 корпус 4, размещенные в корпусе 4 поршневые насос 5 и двигатель 6, поршни соответственно 7 и 8 которых жестко связаны между собой посредством штока 9 и установлены в соответствующих цилиндрах 10 и 11 с образованием надпоршневых 12 и 13 и подпоршневых 14 и 15 полостей, расположенные в цилиндре 10 насоса 5 всасывающий 16 и нагнетательный 17 клапаны, гидроштангу 18 и выполненый в корпусе 4 эксцентрично его оси канал 19, гидравлически сообщающий полость цилиндра 11 двигателя 6 с гидроштангой 18, а также систему 20 управления.

Цилиндр 10 насоса 5 разделен на верхнюю 21 и нижнюю 22 части, нижняя 22 часть цилиндра 10 насоса 5 и цилиндр 11 двигателя 6 дополнительно снабжены размещенными в них соответственно, поршнями 23 и 24, цилиндр 11 двигателя 6 расположен между размещенными в верхней 21 и нижней 22 частях цилиндра насоса основным 7 и дополнительным 23 поршнями, дополнительные поршни 23 и 24 насоса 5 и двигателя 6 связаны между собой по меньшей мере посредством одного штока 25, в нижней части 22 цилиндра 10 насоса 5 уста- йовлены дополнительные всасывающий 26 и нагнетательный 27 клапаны. Корпус 4 дополнительно снабжен двумя расположенными эксцентрично его оси каналами 28 и 29, один из которых (28) гидравлически сообщен с одной стороны с надпоршневой 12 и- подпоршневой 14 полостями верхней 21 и нижней 22 частей цилиндра 10 насоса 5 посредством нагнетательных 17 и 27 клапанов при ходе основного 8 и дополнительного 24 поршней двигателя 6 навстречу друг другу, а с другой стороны - с затруб- ным пространством 1 скважины 2 над па- кером 3 и цилиндром 11 двигателя 6 при ходе поршней 8 и 24 двигателя друг от друга, второй дополнительный канал 29 выполнен с возможностью гидравлического сообщения затрубного пространства 1 скважины 2 под пакером 3 с надпоршневой 12 и подпоршневой 14 полостями соответственно верхней 21 и нижней 22 частей цилиндра 10 насоса 5 через всасывающие 16 и 26 клапаны, при этом основной канал 19 сообщен с подпоршневой 15 и над- поршневой 13 полостями соответственно основного 8 и дополнительного 24 поршней двигателя 6.

Основной 8 и дополнительный 24 поршни

Q двигателя 6 снабжены отверстиями 30 и 31, в которых с возможностью перемещения установлены соединяющие противоположно расположенные поршни 7 и 23 и 8 и 24 соответственно насоса 5 и двигателя 6 штоки 9 и 25, причем штоки 9 и 25

5 герметизированы в упомянутых отверстиях. Основные всасывающий 16 и нагнетательный 17 клапаны установлены в надпоршневой 12 полости верхней части цилиндра1 10 насоса 5, а дополнительные вса0 сывающий 26 и нагнетательный 27 клапаны - в подпоршневой 14 полости его нижней части.

Система 20 управления включает в себя силовой насос 32 периодической подачи жидкости то в гидроштангу 18, то в затруб5 ное пространство 1 скважины 2, трап 33 для сбора откачивгемой из скважины 2 пластовой жидкости и частичного отбора ее из трапа силовым насосом 32, регулирующие клапаны 34-37, соединительные трубопроводы 38--42 и выкидной шлейф 43

0 для транспортирования жидкости из трапа 33 к месту первичной подготовки (сборные емкости).

Скважинная гидроштанговая насосная установка работает следующим образом.

5 После установки поршневого насоса 5 в скважине 2 и герметизации с помощью пакера 3 пространства скважины над и под корпусом 4 через гидроштангу 18 и затруб- ное пространство 1 скважины 2 и каналы 19

0 и 28 заполняют жидкостью полость цилиндра 11 над дополнительным 24 и под основным 8 поршнями двигателя 6 и полости верхней 21 и нижней 22 частей цилиндра 10 поршневого насоса 5 через канал 29 и всасывающие клапаны 16 и 26 пластовой

5 жидкостью из скважины 2.

Система находится в равновесии. С помощью силового насоса 32 создают напор на поршни 24 и 8 двигателя 6, подавая жидкость через трубопроводы 38 и 40 при открытых регулирующих клапанах 34 и 37 и

закрытых регулирующих клапанах 35 и 36, гидроштангу 18 и канал 19. Давление в этом случае незначительно превышает гидростатическое и затрачивается в основном на преодоление веса и трения движущихся эле ментов поршневых насоса 5 и двигателя 6, а также на преодоление гидравлического сопротивления жидкости, находящейся в канале 28, затрубном пространстве 1 скважины 2 и трубопроводе 42. Под действием

созданного силовым насосом 32 давления происходит перемещение поршней 24 и 8 двигателя 6 навстречу друг другу, т. е. к центру цилиндра 11, а перемещение поршней 7 и 23 насоса 5 за счет давления, деист- вующего на их поверхности, равного созданному напору на поршни 24 и 8 и штоков 9 и 25, проходящих через отверстия 30 и 31 поршней двигателя 6, происходит в верхней 21 и нижней 22 частях цилиндра 10 вверх и вниз соответственно, в результате чего всасывающие клапаны 16 и 26 оказываются закрытыми, а нагнетательные клапаны 17 и 27 открытыми и жидкость из верхней 21 и нижней 22 частей цилиндра 10 по каналу 28, затрубному про- странству 1 скважины 2 и трубопроводу 42 при открытом регулировочном клапане 37 и закрытых регулировочных клапанах 35 и 36 поступает в трап 33 и далее по шлейфу 43 в сборные емкости или на пункты первичной подготовки. Происходит про- цесс нагнетания. При достижении поршнями 8 и 24 двигателя 6 и поршнями 7 и 23 насоса 5 своих крайних положений и при незначительном превышении созданного силовым насосом 32 давления происходит ав- тематическое переключение регулирующих клапанов. Клапаны 34 и 37 закрыты, а клапаны 35 и 36 - открыты. С помощью силового насоса 32 по трубопроводу 38 жидкость подают в затрубное пространство 1 скважины 2, откуда она по каналу 28 поступает между сошедшимися поршнями 8 и 24. Силовым насосом 32 создают давление во столько раз меньше гидростатического давления, складывающегося из давления жидкости, находящейся в канале 19, гидроштанге 18 и трапе 33 с учетом веса и трения движущихся частей, во сколько раз площади поршней 7 и 23 насоса 5 меньше площади поршней 8 и 24 двигателя 6, т. е. силовым насосом 32 создается давление, которое выражается уравнением

.,

eJfl

е Р„1 - давление, создаваемое силовым насосом;Рг - гидростатическое давление жид- 45

кости;

SM- площадь силовых плунжеров; Sn- площадь приводных поршней; Д/. - дополнительное давление, создаваемое-силовым насосом на преодоление трения движущихся час- 50 тей;

Л - дополнительное давление, создаваемое силовым насосом на преодоление веса движущихся частей.

Тогда суммарное давление между поршнями 8 и 24 двигателя б, уравновешивающее поршневой насос 5, и при процессе всасывания (без учета столба жидкос5Q 5 5 30 5

0

45

50

5

ти, находящейся в скважине 2 под па- кером 3) будет равно

-Ј-+Ј +ДЈ+ДЈ.

Зп

При незначительном превышении силовым насосом 32 напора Д, нарушается равновесие, поршни 8 и 24 двигателя 6 отходят друг от друга и происходит перемещение поршней 7 и 23 насоса 5 за счет штоков 9 и 25 и верхней 21 и нижней 22 частях цилиндра 10 соответственно вверх и вниз. Всасывающие клапаны 16 и 26 открыты, а нагнетательные клапаны 17 и 27 закрыты. Жидкость из за- трубного пространства 1 скважины 2 по каналу 29 через всасывающие клапаны 16 и 26 поступает в надпоршневую полость 12 верхней части 21 цилиндра 10 и подпорш- невую полость 14 нижней части 22 цилиндра 10 насоса 5, а жидкость из цилиндра 11 двигателя 6, находящаяся в над- поршневой 14 и подпоршневой 15 его полостях над и под поршнями 24 и 8, по каналу 19 и гидроштанге 18, трубопроводам 41 и 42 выдавливают в трап 33, откуда по трубопроводу 39 частично забирают насосом 32. Происходит процесс всасывания. При достижении поршнями 8 и 24 двигателя 6, поршнями 7 и 23 насоса 5 крайних положений и при незначительном превышении созданного силовым насосом 32 давления происходит переключение регулирующих клапанов. Клапаны 34 и 37 открыты, а клапаны 35 и 36 закрыты. Происходит процесс нагнетания. Процессы всасывания и нагнетания поочередно повторяются. Регулирование призводительности поочередно повторятся. Регулирование производительности скважинной гидроштанговой насосной установки, т. е. скорости откачки жидкости из скважины 2, осуществляют регулированием производительности и величиной создаваемого давления силовым насосом 32.

За счет жесткого соединения поршней насоса 5 с противоположными им поршнями двигателя 6 штоками 9 и 25, проходящими через герметизированные отверстия 30 и 31, выполненные в поршнях 8 и 24 подачи жидкости от силового насоса 32 через гидроштангу 18 над и под поршни 8 и 24 двигателя 6 и над и под поршни 7 и 23 насоса 5, а через скважину 2 между поршнями 8 и 24 осуществляют гидростатическое уравновешивание в процессе нагнетания и значительно снижают величину напора в процессе всасывания, что в конечном результате резко снижает затраты на добычу жидкости из скважины, позволяет в качестве рабочей жидкости использовать добываемую из скважины жидкость, работать в автоматическом режиме.

Формула изобретения

1. Скважинная гидроштанговая насосная установка, содержащая установленный в затрубном пространстве скважины через пакер корпус, размещенные в корпусе поршневые насос и двигатель, поршни которых жестко связаны между собой посредством штока и установлены в соответствующих цилиндрах с образованием над- поршневых и подпоршневых полостей, расположенные в цилиндре насоса всасывающий и нагнетательный клапаны, гидроштангу и выполненный в корпусе эксцентрично его оси канал, гидравлически сообщающий полость цилиндра двигателя с гидроштангой, а также систему управления, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и снижения энергетических затрат за счет упрощения конструкции и и ее уравновешенности, цилиндр насоса разделен на верхнюю и нижнюю части, нижняя часть цилиндра насоса и цилиндр двигателя дополнительно снабжены размещенными в них поршнями, цилиндр двигателя расположен между размещенными в верхней и нижней частях цилиндра насоса основным и до- полнительным поршнями, дополнительные поршни насоса и двигателя связаны между собой по меньшей мере посредством одного штока, в нижней части цилиндра насоса установлены дополнительные всасывающий и нагнетательный клапаны, корпус дополнительно снабжен двумя расположенными эксцентрично его оси каналами, один

5

0

5

0

из которых гидравлически сообщен с одной стороны с надпоршневой и подпоршневой полостями верхней и нижней частей цилиндра насоса посредством нагнетательных клапанов при ходе основного и дополнительного поршней двигателя навстречу друг другу, ас другой стороны - с затруб- ным пространством скважины над пакером и цилиндром двигателя при ходе поршней двигателя друг от друга, второй дополнительный канал выполнен с возможностью гидравлического сообщения затрубного пространства скважины под пакером с надпоршневой и подпоршневой полостями соответственно верхней и нижней частей цилиндра насоса через всасывающие клапаны, при этом основной канал соообщен с подпоршневой и надпоршневой полостями соответственно основного и дополнительного поршней двигателя.

2.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что основной и дополнительный поршни двигателя снабжены отверстиями, в которых с возможностью перемещения установлены соединяющие противоположно расположенные поршни насоса и двигателя штоки, причем штоки герметизированы в упомянутых отверстиях.

3.Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что основные всасывающий и нагнетательный клапаны установлены в надпоршневой полости верхней части цилиндра насоса, а дополнительный всасывающий и нагнетательный клапаны - в подпоршневой полости его нижней части..,

Изобретение позволяет произв-сть и снизить энергетические затраты скважинкой гидроштанговой насосной установки за счет упрощения конструкции и ее уравновешенности. Цилиндр (Ц) 10 насоса 5 разделен на верхнюю и нижнюю части 21, 22. Часть 22 и Ц 11 двигателя 6 снабжены размещенными в них поршнями (П) 23, 24. Ц 11 расположен между П 7, 23. П 23, 24 связаны штоком 25. В части 22 установлены всасывающий и нагнетательный клапаны (К) 26, 27. Эксцентрично оси корпуса 4 расположены каналы 28, 29. Канал 28 гидравлически сообщен с одной стороны с надпоршневой и подпоршневой полостями 12, 14 частей 21 , 22 нагнетательными К 17, 27 при ходе П 8, 24 навстречу друг другу, с другой стороны с затрубным пространством 1 скважины 2 над пакером 3 и Ц 1 1 при ходе П 8, 24 друг от друга. Канал 29 выполнен с возможностью гидравлическою сообщения пространства 1 под пакером 3 с полостями 12, 14 через К 16, 26. Канал 19 сообщен с полостями 13, 15 П 8, 24. П 8, 24 снабжены герметичными отверстиями 30, 31, в к-рых с возможностью перемещения установлены соединяющие противоположно расположенные П 7, 23 и 8, 24 штоки К 16, 17 установлены в полости 12, К 26, 27 - в полости 14. 2 з. п. ф-лы, 3 ил. и. 1C (Л

А-А

Фиг. 2

6-5

31

Фиг.З