RU158187U1 - Дифференциальный штанговый насос для добычи нефти - Google Patents

Abstract

Дифференциальный штанговый насос для добычи нефти, содержащий связанный с колонной насосных труб корпус в виде цилиндра, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, причем верхняя ступень плунжера большего диаметра имеет сквозной канал и снабжена нагнетательным клапаном, а нижняя ступень плунжера меньшего диаметра выполнена в виде монолитного штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра корпуса и поверхностью нижней ступени плунжера, образует рабочую камеру насоса с всасывающим клапаном, причем последний размещен соосно с цилиндром и выполнен в виде тарелки с отверстием, через которое герметично в приемный фильтр проходит монолитный шток, отличающийся тем, что он снабжен имплозионной камерой, импульсной камерой с горизонтальными выходными каналами и запорным клапаном, установленным между имплозионной камерой и импульсной камерой, корпус имплозионной камеры соединен с приемным фильтром насоса вертикальной трубой и выполненным в корпусе имплозионной камеры каналом, причем последний выполнен U-образно изогнутым в нижней его части перед запорным клапаном, нижний участок вертикальной трубы над корпусом имплозионной камеры снабжен пакером, монолитный шток выполнен заостренным со стороны нижнего конца, а верхний участок вертикальной трубы уплотнен относительно наружной поверхности монолитного штока в момент, когда он расположен в вертикальной трубе имплозионной камеры посредством механического уплотнения, при этом над вертикальной трубой установлена направляющая воронка, в стенке которой над механическим уплотнением выполне

Description

Полезная модель относится к технике добычи нефти, в частности - к дифференциальным штанговым насосам, и может быть использована для откачки из скважин пластовой жидкостей.

Известна скважинная штанговая насосная установка для добычи высоковязкой нефти, содержащая наземный привод, подвешенный в полости скважины на колонне насосно-компрессорных труб, штанговый насос, в цилиндре которого размещен соединенный с колонной насосных штанг полый плунжер с нагнетательным клапаном, причем в средней части цилиндра имеется отверстие для входа жидкости, а нижняя, часть цилиндра заглушена пробкой (см. патент RU 2162932, кл.E21B 43/00, 04.04.2000).

Недостатками известного решения являются сравнительно невысокая эффективность, ограниченная область применения, связанная только с очисткой забоя с помощью депрессии и ненадежность работы скважинной насосной установки, работающей в непрерывном режиме с высокими динамическими нагрузками.

Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является дифференциальный штанговый насос, содержащий связанный с колонной насосных труб корпус, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, причем верхняя ступень плунжера большего диаметра имеет сквозной канал и снабжена нагнетательным клапаном, а нижняя ступень плунжера меньшего диаметра выполнена в виде монолитного штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра корпуса и поверхностью нижней ступени плунжера, образует рабочую камеру насоса с всасывающим клапаном, причем последний выполнен соосно с цилиндром в виде тарелки с отверстием, через которое герметично проходит монолитный шток (см. свидетельство на полезную модель RU 39366, F04B 47/00, 27.07.2004).

Однако известная конструкция дифференциального штангового насоса не позволяет в процессе откачки из скважины жидких сред проводить работы по интенсификации притока из пласта откачиваемых из скважины жидких сред и одновременно воздействовать на пласт с помощью гидроудара (см. свидетельство па полезную модель №140281, E21B 43/16, 24.01.2014).

Задачей полезной модели является устранение указанных выше недостатков.

Технический результат, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в расширении арсенала технических средств, которые обеспечивают возможность интенсификации притока из пласта откачиваемой из него жидкой среды без извлечения штангового насоса при одновременном снижении динамических нагрузок на дифференциальный плунжер в процессе работы штангового насоса.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что дифференциальный штанговый насос для добычи нефти, содержащий связанный с колонной насосных труб корпус в виде цилиндра 1, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер 5, причем верхняя ступень плунжера большего диаметра имеет сквозной канал 6 и снабжена нагнетательным клапаном 7, а нижняя ступень плунжера меньшего диаметравыполнена в виде монолитного штока 8, при этом кольцевое пространство 10, заключенное между стенками цилиндра корпуса и поверхностью нижней ступени плунжера, образует рабочую камеру насоса с всасывающим клапаном 11, причем последний размещен соосно с цилиндром и выполнен в виде тарелки с отверстием, через которое герметично в приемный фильтр 25 проходит монолитный шток, отличающийся тем, что, с целью расширения добычных возможностейнасоса, он снабжен имплозионной камерой 12, импульсной камерой 13 с горизонтальными выходными каналами 14 и запорным клапаном 15, установленным между имплозионной камерой и импульсной камерой, корпус имплозионной камеры соединен с приемным фильтромнасоса вертикальной трубой 18 и выполненным в корпусе имплозионной камеры каналом 19, причем последний выполнен U-образно изогнутым в нижней его части перед запорным клапаном, нижний участок вертикальной трубы18 над корпусом имплозионной камеры снабжен пакером 20, монолитный шток выполнен заостренным со стороны нижнего конца, а верхний участок вертикальной трубы уплотнен относительно наружной поверхности монолитного штока в момент, когда он расположен в вертикальной трубе имплозионной камеры посредством механического уплотнения 21, при этом, над вертикальной трубой установлена направляющая воронка 23, в стенке которой над механическим уплотнением выполнено, по меньшей мере, одно отверстие 24, соединяющее полость приемного фильтра 25 с полостью вертикальной трубы 18, а в стенке приемного фильтра выполнены щелевые отверстия.

В ходе проведенного исследования было установлено, что штанги в штанговых насосах при добыче высоковязкой нефти, при работе в наклонных скважинах, а также в скважинах с большим содержанием парафина и смолистых веществ (осложненные условия работы) испытывают повышенные силы сопротивления как при ходе вверх, так и при ходе вниз.

При ходе вверх нагрузки на колонну штанг преодолеваются с помощью привода увеличенной мощности и установки штанг повышенной прочности. При ходе вниз движение колонны штанг и рабочего органа насоса, плунжера, осуществляется только за счет веса колонны штанг. Силы механического и гидродинамического трения препятствуют движению штанг вниз, колонна штанг движется медленнее, чем приводной механизм (станок-качалка), что приводит к ударам и обрыву штанг. На прочность штанг большое влияние оказывают также знакопеременные нагрузки, которые возникают в штангах при работе на вязких жидкостях. КПД штанговых насосов, работающих в осложненных условиях, значительно ниже КПД насосов, работающих в обычных условиях.

Выполнение насоса с верхней ступенью плунжера большего диаметра со сквозным каналом и нагнетательным клапаном, нижней ступенью плунжера меньшего диаметра в виде монолитного штока и образование рабочей камеры насоса с всасывающим клапаном в кольцевом пространстве, заключенном между стенками цилиндра и поверхностью плунжеров с выполнением всасывающего клапана соосно с цилиндром в виде тарелки с отверстием, через которое герметично проходит монолитный шток, приодновременном выполнении монолитного штока заостренным со стороны нижнего конца, уплотнения верхнего участка вертикальной трубы, являющейся частью имплозионной камеры относительно наружной поверхности монолитного штока, находящегося его нижней частью в вертикальной трубе имплозионной камеры позволяет добиться увеличения нагрузки на дифференциальный плунжер при ходе вниз за счет гидростатического давления в колонне труб и в имплозионной камере и в тоже время создать эффект пневматической пружины в имплозионной камере при ходе дифференциального плунжера вверх. Кроме того, в этой конструкции дифференциального штангового насоса использовано для уплотнения монолитного штока механическое уплотнение по патенту РФ №2037077, что практически полностью устраняет перетекание из зоны высокого давления в зону с более низким давлением. В этой конструкции дифференциального насоса дополнительно к перепаду давления на всасывающий клапан воздействуют силы трения, которые обеспечивают его надежную работу.

Таким образом удалось создать достаточно простую конструкцию насоса с минимальным количеством деталей, которая обеспечивает дополнительные возможности при откачке жидких сред из скважины.

На чертеже представлен схематически дифференциальный штанговый насос.

Дифференциальный штанговый насос содержит связанный с колонной насосных труб 1 корпус 2, в котором установлен связанный с колоннойнасосных штанг 3 дифференциальный плунжер 4, причем верхняя ступень 5 плунжера 4 большего диаметра имеет сквозной канал 6 и снабжена нагнетательным клапаном 7, а нижняя ступень 8 плунжера 4 меньшего диаметра выполнена в виде монолитного штока.

Кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра 9 корпуса 2 и поверхностью нижней ступени 8 плунжера 4, образует рабочую камеру 10 насоса с всасывающим клапаном 11, при этом последний размещен соосно с цилиндром 9 и выполнен в виде тарелки с отверстием, через которое герметично проходит образующий нижнюю ступень 8 монолитный шток.

Насос снабжен имшюзионной камерой 12, импульсной камерой 13 с горизонтальными выходными каналами 14 и запорным клапаном 15, установленным между имплозионной камерой 12 и импульсной камерой 13.

Корпус 16 имплозионной камеры 12 подсоединен к корпусу 2 насоса с помощью вертикальной трубы 18 через приемный фильтр 25.

Имплозионная камера 12 образована вертикальной трубой 18 и выполненным в корпусе 16 имплозионной камеры 12 каналом 19, причем последний выполнен U-образно изогнутым в нижней его части перед запорным клапаном 15.

Нижний участок вертикальной трубы 18 над корпусом 16 имплозионной камеры 12 снабжен пакером 20.

Монолитный шток, образующий нижнюю ступень 8 дифференциального плунжера 4 выполнен заостренным со стороны нижнего конца, а верхний участок вертикальной трубы 18 уплотнен относительно наружной поверхности монолитного штока в момент, когда он расположен в вертикальной трубе 18 имплозионной камеры 12 посредством механического уплотнения 21.

Над вертикальной трубой 18 установлена направляющая воронка 23, в стенке которой над механическим уплотнением 21 выполнено, по меньшей мере, одно отверстие 24, соединяющее полость приемного фильтра насоса симплозионной камерой 12, а в стенке приемного фильтра 25 выполнены щелевые отверстия.

Дифференциальный штанговый насос работает следующим образом.

При движении колонны насосных штанг 3 вверх вместе с образующим нижнюю ступень 8 дифференциального плунжера 4 монолитным штоком вверх поднимается всасывающий клапан 11 и в кольцевое пространство 10 из скважины поступает откачиваемая жидкая среда. Далее при движении колонны насосных штанг 3 вниз всасывающий клапан 11 закрывается. Одновременно за счет движения вниз верхней ступени 5 дифференциального плунжера 4 уменьшается кольцевое пространство 10 и под действием давления жидкой среды последняя через нагнетательный клапан 7 поступает в сквозной канал 6 и далее из него в колонну насосных труб 1, а из колонны насосных труб 1 откачиваемая жидкая среда выводится на поверхность. Далее следует движение колонны насосных штанг 3 вверх. При этом открывается всасывающий клапан 11 для новой порции откачиваемой жидкой среды, а нагнетательный клапан 7 перекрывает сквозной канал 6, не давая поступать в кольцевое пространство 10 жидкой среде из колонны насосных труб 1. Таким образом повторяется описанный выше цикл работы дифференциального штангового насоса.

Во время описанной выше работы дифференциального скважинного насоса нижняя часть монолитного штока совершает возратно поступательные перемещения в вертикальной трубе 18 имплозионной камеры 12. При подъеме дифференциального плунжера 4 вверх в имплозионной камере 12 создается глубокий вакуум, обеспеченный работой механического уплотнения 21 и запорного клапана 15, перекрывающего концевой участок канала 19 имплозионной камеры 12. Седло запорного клапана 15 может иметь резиновую вставку для надежной герметизации, а запорный элемент запорного клапана 15 может быть выполнен в виде шара, изготовленного из твердого сплава, что позволяет повысить надежность работы запорного клапана 15 и одновременно увеличить его вес, что дополнительноувеличивает надежность его работы. Клапан также может быть выполнен с пружиной. Как результат за счет созданного в имплозионной камере 12 вакуума на нижнюю ступень 8 дифференциального плунжера 4 действует дополнительная растягивающая нагрузка, а имплозионная камера 12 на данном этапе работы по существу является пневматической пружиной, позволяющей снизить динамические нагрузки на дифференциальном поршне 4 при совершении им возвратно-поступательного перемещения во время работы дифференциального штангового насоса.

При необходимости интенсификации притока из скважины увеличивают длину хода дифференциального плунжера 4. При этом при подъеме дифференциального плунжера 4 вверх нижний конец монолитного штока выходит из имплозионной камеры 2 и, соответственно, из механического уплотнения 21, в полостях приемного фильтра 25, затрубного пространства и нефтяного пласта, прилегающих к имплозионной камере 12, создается сначала депрессия, а затем жидкость из колонны насосных труб 1 устремляется в имплозионную камеру 12 с огромной скоростью.

Эффект создания депрессии усиливается за счет того, что выход нижнего заостренного конца монолитного штока дифференциального плунжера 4 из механического уплотнения 21 происходит практически мгновенно, что обеспечивает возможность создания и поддержания более глубокой депрессии до момента, когда жидкость устремляется в имплозионную камеру 12.

За депрессией в результате резкого торможения потока жидкости в U-образно изогнутом в нижней его части канале 19 перед запорным клапаном 15 формируется гидравлический удар. Под действием гидроудара запорный клапан 15 открывается и пропускает волну давления через горизонтальные выходные каналы 14 в зону перфорации пласта. Под действием этогогидравлического удара потока жидкости в пласте формируются щели, что приводит к увеличению притока пластовой жидкости. Наличие пакера 20 увеличивает эффект действия гидроудара в сторону пласта.

Затем монолитный шток дифференциального плунжера 4 опять опускают в вертикальную трубу 18 имплозионной камеры 12, а жидкость, находящаяся в имплозионной камере 12, будет при этом выдавливаться в зону перфорации и далее в пласт через запорный клапан 15.

Наличие перфорации в обсадной колонне скважины и в щелевых отверстиях в приемном фильтре 25 обеспечивает проход необходимого количества жидкости для формирования депрессии и гидравлического удара.

Далее, при необходимости работы дифференциального штангового насоса в режиме с созданием имплозионного воздействия на пласт описанный выше цикл работы с выходом нижней части дифференциального поршня 4 из вертикальной трубы 18 повторяется, а после создания необходимого притока из пласта скважины уменьшают ход дифференциального плунжера 4 и продолжают откачку из скважины жидкой среды как описано выше с использованием имплозионной камеры 12 в качестве пневматической пружины для динамической разгрузки дифференциального поршня 4.

В отличии от существующих методов обработки призабойной зоны в данном устройстве работа в режиме гидродинамических воздействий проводится только при необходимости проведения таких работ в течение ограниченного времени. За счет изменения глубины подвески насоса можно эффективно обработать весь пласт.

Настоящая полезная модель может быть использована в нефтяной и других отраслях промышленности, где требуется откачка из скважины различных жидких сред, в том числе высоковязкой нефти.

Claims (1)

1. Дифференциальный штанговый насос для добычи нефти, содержащий связанный с колонной насосных труб корпус в виде цилиндра, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, причем верхняя ступень плунжера большего диаметра имеет сквозной канал и снабжена нагнетательным клапаном, а нижняя ступень плунжера меньшего диаметра выполнена в виде монолитного штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра корпуса и поверхностью нижней ступени плунжера, образует рабочую камеру насоса с всасывающим клапаном, причем последний размещен соосно с цилиндром и выполнен в виде тарелки с отверстием, через которое герметично в приемный фильтр проходит монолитный шток, отличающийся тем, что он снабжен имплозионной камерой, импульсной камерой с горизонтальными выходными каналами и запорным клапаном, установленным между имплозионной камерой и импульсной камерой, корпус имплозионной камеры соединен с приемным фильтром насоса вертикальной трубой и выполненным в корпусе имплозионной камеры каналом, причем последний выполнен U-образно изогнутым в нижней его части перед запорным клапаном, нижний участок вертикальной трубы над корпусом имплозионной камеры снабжен пакером, монолитный шток выполнен заостренным со стороны нижнего конца, а верхний участок вертикальной трубы уплотнен относительно наружной поверхности монолитного штока в момент, когда он расположен в вертикальной трубе имплозионной камеры посредством механического уплотнения, при этом над вертикальной трубой установлена направляющая воронка, в стенке которой над механическим уплотнением выполнено отверстие, соединяющее полость приемного фильтра с полостью вертикальной трубы, а в стенке приемного фильтра выполнены щелевые отверстия.

Images