RU2290537C1 - Скважинный штанговый насос - Google Patents

Abstract

Устройство предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации наклонно направленных скважин с высоким газовым фактором. Скважинный штанговый насос состоит из установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб цилиндра со всасывающим клапаном, расположенного в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения и соединенного с колонной насосных штанг полого плунжера с нагнетательным клапаном нижнего расположения. Полый плунжер снабжен продольным внутренним закрытым каналом, нижний конец которого сообщен с подплунжерной полостью цилиндра, а верхний - с надплунжерной полостью колонны насосно-компрессорных труб в момент выхода верхнего конца канала из цилиндра на подходе полого плунжера к его верхнему рабочему положению. Насос прост в изготовлении и позволяет повысить надежность, эффективность работы наклонно направленной скважины с высоким газовым фактором и имеет многофункциональные возможности в плане его использования как для откачки жидкости с высоким содержанием свободного газа, так и высоковязкой нефти и эмульсии за счет осуществления гидромеханического принудительного закрытия рабочих клапанов насоса. 3 ил.

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для эксплуатации наклонно-направленных скважин с высоким газовым фактором, а также может быть использовано для скважин, где эксплуатацию осуществляют при динамических уровнях на приеме штангового насоса.

Из уровня техники известен источник информации, где освещены глубинные штанговые насосы для скважин с высоким газовым фактором, содержащие многокамерные цилиндры со всасывающим клапаном и расположенные в цилиндрах с возможностью возвратно-поступательного движения ступенчатые плунжеры с несколькими нагнетательными клапанами. Сжатие свободного газа и газожидкостной смеси в цилиндрах насоса осуществляется ступенчато с доведением его давления выше давления нагнетания (Дрэготеску Н.Д. Глубинно-насосная добыча нефти. Недра. 1966, 268-270 стр.).

Эти насосы являются многосекционными и имеют сложную конструкцию. Низкая надежность их в наклонно-направленных скважинах обусловлена большим количеством клапанов, где в каждом происходит запаздывание как открытия, так и закрытия их в процессе работы насоса. Кроме этого, регулирование хода каждого плунжера в цилиндрах с целью достижения эффективности работы насоса в зависимости от количества свободного газа в откачиваемой жидкости в процессе эксплуатации его представляет определенные трудности из-за ограниченной длины взаимосвязанных плунжеров в секциях.

По конструктивным и функциональным признакам наиболее близким аналогом (прототип) изобретения является глубинно-насосная установка, содержащая скважинный штанговый трубный насос, состоящий из установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб цилиндра со всасывающим клапаном, расположенного в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения и соединенного с колонной насосных штанг полого плунжера с нагнетательным клапаном нижнего расположения (ОАО "Ижнефтемаш", Глубинные штанговые насосы, Каталог, ред.2 - 2001, стр.34).

В этом насосе с целью улучшения закрытия всасывающего клапана, последний использован увеличенного размера. Однако такое направление повышения надежности работы клапана является неполным решением вопроса, к тому же ухудшает его открытие из-за повышения массы шарика, что приводит к снижению эффективности работы клапана. При добыче нефти с высоким содержанием парафина из наклонно-направленных скважин, с высоким газовым фактором, проявлением эмульсии и т.п. всасывающий клапан такого насоса запаздывает в работе, часто зависает в парафине, что приводит к отказу насоса в целом.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы насоса при откачке жидкости с высоким содержанием парафина и газа в наклонно-направленных скважинах, где имеет место проявление эмульсии.

Поставленная задача решается тем, что скважинный штанговый насос, состоящий из установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб цилиндра со всасывающим клапаном, расположенного в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения и соединенного с колонной насосных штанг полого плунжера с нагнетательным клапаном нижнего расположения, выполнен так, что полый плунжер снабжен продольным внутренним закрытым каналом, нижний конец которого сообщен с подплунжерной полостью цилиндра, а верхний с надплунжерной полостью колонны насосно-компрессорных труб в момент выхода верхнего конца канала из цилиндра на подходе полого плунжера к его верхнему рабочему положению.

На фиг.1 изображен продольный разрез скважинного штангового трубного насоса в момент подхода полого плунжера к его верхнему рабочему положению; на фиг.2 - продольный разрез нижней части того же насоса; на фиг.3 - выносное изображение А на фиг.1.

Скважинный штанговый трубный насос (в дальнейшем - насос) состоит из установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб 1 (фиг.1) цилиндра 2, соединенного посредством переходной муфты 3, удлинительного ниппеля 4 и муфты 5. В нижнем конце цилиндра 2 (фиг.2) расположен всасывающий клапан 6 с корпусом 7, седлом 8, держателем седла 9, соединенным с фильтром 10 насоса. Корпус 7 всасывающего клапана соединен с цилиндром 2 с помощью муфт 5 через удлинительный ниппель 4. Нижний конец полого плунжера 11 (фиг.1) снабжен нагнетательным клапаном 12, установленным в корпусе клапана 13 посредством седла 14 и держателя седла 15, а верхний конец соединен с колонной насосных штанг (не показан) через шток плунжера 16 и открытый корпус клапана 17.

Полый плунжер 11 (фиг.1) снабжен продольным внутренним закрытым каналом 18, нижний конец 19 которого сообщен с подплунжерной полостью 20 (фиг.2, 3), а верхний конец 21 (фиг.1) - надплунжерной полостью 22 колонны насосно-компрессорных труб 1 в момент выхода верхнего конца 21 канала 18 из цилиндра 2 на подходе полого плунжера 11 к его верхнему рабочему положению, изображенному на фиг.1.

Канал 18 представляет из себя, например, металлическую трубку, прикрепленную к внутренней полости полого плунжера 11 с заделанными в теле последнего концами 19, 21 методом, например, пайки, сварки или на резьбовом соединении. Такой закрытый относительно внутренней полости полого плунжера 11 канал 18 как вариант исполнения может быть предусмотрен в поверхности разъема двухслойного плунжера при серийном их изготовлении. Предложенный плунжер с дополнительным внутренним продольным закрытым каналом является универсальным, т.е. может быть применен как в трубных, так и во вставных насосах, цилиндр которых остается в классическом исполнении (не подвергается изменениям).

Насос работает следующим образом. В начале цикла всасывания полый плунжер 11 находится в нижнем положении в цилиндре 2 и поэтому верхний конец 21 канала 18 закрыт. По мере движения плунжера 11 вверх в подплунжерной полости 20 цилиндра 2 создается разрежение, открывается всасывающий клапан 6.

В цилиндр 2 через всасывающий клапан 6 поступают газожидкостная смесь и свободный газ под давлением, равным давлению на приеме насоса. В конце восходящего хода плунжера 11, в момент выхода верхнего конца 21 канала 18 из верхнего торца цилиндра 2, на подходе полого плунжера к его верхнему рабочему положению, жидкость через канал 18 из надплунжерной полости 22 путем дросселирования поступает в подплунжерную полость 20 цилиндра 2 (фиг.2) и, дополняя и его объем, занятый свободным газом, повышает в нем давление. Происходит гидравлическое принудительное закрытие всасывающего клапана 6 и выравнивание давления под и над нагнетательным клапаном. В процессе работы насоса в надплунжерной непосредственно полости колонны НКТ (насосно-компрессорных труб), даже при незначительной обводненности продукции скважины, в силу действия разности удельных весов там накапливается вода, отделившаяся от жидкости, находящейся в колонне НКТ 2. Поэтому в каждом цикле осуществление сброса необходимого количества жидкости (воды) во внутреннюю полость 20 цилиндра 2 впоследствии при ходе плунжера 11 вниз будет обеспечивать минимальную степень сжатия поступающей газожидкостной смеси через всасывающий клапан 6 и беспрепятственное открытие нагнетательного клапана 12. Далее при ходе плунжера 11 вверх жидкость с уменьшенным количеством растворенного газа на единицу ее объема, которая остается во вредном пространстве цилиндра 2 (подплунжерной полости 20), способствует быстрому открытию всасывающего клапана 6 и увеличению полезного объема цилиндра 2.

Предложенный штанговый насос прост в изготовлении и позволяет повысить надежность, эффективность работы наклонно-направленной скважины с высоким газовым фактором и имеет многофункциональные возможности в плане его использования как для откачки жидкости с высоким содержанием свободного газа, так и высоковязких нефтей и эмульсии за счет осуществления гидромеханического принудительного закрытия рабочих клапанов насоса.

Кроме этого, позволяет при необходимости сократить длину подвески насоса с тем, чтобы установить требуемое забойное давление в скважине за счет поддержания динамического уровня жидкости на приеме насоса, поскольку наличие свободного газа не влияет на его работоспособность.

Claims (1)

1. Скважинный штанговый насос, состоящий из установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб цилиндра со всасывающим клапаном, расположенного в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения и соединенного с колонной насосных штанг полого плунжера с нагнетательным клапаном нижнего расположения, отличающийся тем, что полый плунжер снабжен продольным внутренним закрытым каналом, нижний конец которого сообщен с подплунжерной полостью цилиндра, а верхний - с надплунжерной полостью колонны насосно-компрессорных труб в момент выхода верхнего конца канала из цилиндра на подходе полого плунжера к его верхнему рабочему положению.

Images