Газопесочный якорь для вставных штанговых глубинных насосов

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и предназначена для защиты скважинного насоса от попадания в него механических примесей и свободного газа.
Известны газопесочные якоря, основанные на принципе гравитационного разделения фаз, содержащие с заглушенными концами наружные трубы с входными отверстиями и концентрично расположенные всасывающие трубы, установленные под насосным оборудованием (Справочная книга по добыче нефти и газа. Под ред. д-ра техн. наук Ш.К. Гиматудинова, М., «Недра», 1974, с. 330).
Известен газопесочный якорь (патент RU № 119024, МПК E21B 43/08, опубл. 10.08.2012), содержащий с заглушенным концом наружную трубу с фильтрационными отверстиями и концентрично расположенную всасывающую трубу, установленную под насосным оборудованием, причем на верхнем торце всасывающей трубы с помощью сварного соединения закреплено кольцо, расположенное между наружной трубой и насосным оборудованием в муфтовом соединении, а верхняя часть наружной трубы имеет отверстия для выхода свободного газа, причем в нижней части всасывающей трубы имеются центраторы, представляющие собой металлические прямоугольные призмы, соединяющиеся с всасывающей трубой с помощью сварного соединения, которые также являются ускорителями потока жидкости.
Известен газопесочный якорь для скважин с большим дебитом (патент RU № 163125, МПК E21B 43/08, опубл. 10.07.2016), содержащий защитный фильтр, выполненный в виде внешней трубы с перфорационными отверстиями для выхода свободного газа, корпус, выполненный в виде внутренней трубы, и соединенный верхним концом со штанговым насосом, секцию насосно-компрессорной трубы для сбора песка и механических примесей, содержащую на нижнем своем конце заглушку, а верхним концом присоединенную к нижнему концу защитного фильтра с помощью нижней муфты. Корпус соединен с защитным фильтром через переходник и верхнюю муфту. Между защитным фильтром, соединенным с секцией насосно-компрессорной трубы, и корпусом образовано межтрубное кольцевое пространство, объем которого не менее объема всасывания штангового насоса. Упомянутое пространство выполнено с возможностью формирования фильтрационного потока жидкости. Перфорационные отверстия фильтра расположены в виде рядов. При этом переходник имеет наружную резьбу для соединения с защитным фильтром с помощью верхней муфты.
Недостатком приведенных выше аналогов является невозможность их извлечения вместе со вставным штанговым глубинным насосом на колонне насосных штанг, что приводит к необходимости подъема колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) для замены якорей. Кроме того недостатком якоря по патенту RU № 119024, МПК E21B 43/08, опубл. 10.08.2012 является то, что центраторы, изготовленные в виде металлических прямоугольных призм, требуют большого расхода материалов при их изготовлении.
Наиболее близким является газопесочный якорь (патент RU № 82758, МПК E21B43/38, опубл. 10.05.2009), содержащий с заглушенным нижним концом наружную трубу с фильтрационными отверстиями и концентрично расположенную всасывающую трубу, установленную под насосным оборудованием, причём нижний конец насоса с наружной трубой соединен через переводник с выполненными выходными отверстиями в верхней «крайней» точке кольцевого зазора между наружной и всасывающей трубами и муфтой.
Недостатком данного газопесочного якоря является невозможность его извлечения вместе со вставным штанговым глубинным насосом на колонне насосных штанг, что приводит к необходимости подъема колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) для замены якорей, увеличению продолжительности подземного ремонта и простоя скважин. В данном варианте переходник в верхней части имеет внутреннюю резьбу для соединения с НКТ между насосом и якорем, в нижней части соединяется с фильтром через наружную резьбу и муфту, а с всасывающей трубой через внутреннюю резьбу. Данная конструкция не обеспечивает необходимых габаритов для возможности размещения внутри НКТ, извлечение якоря вместе со штанговым насосом на колонне штанг.
Технической задачей полезной модели является сокращение продолжительности подземного ремонта за счет возможности извлечения якоря вместе с насосом на штанговой колонне без подъема колонны НКТ, снижение потерь нефти за счет исключения простоя скважин, а также обеспечение эффективной сепарации газа и механических примесей для защиты вставных штанговых скважинных насосов.
Поставленная техническая задача решается газопесочным якорем для вставных штанговых глубинных насосов, содержащим с заглушенным нижним концом наружную трубу с фильтрационными отверстиями и концентрично расположенную всасывающую трубу, установленную под насосным оборудованием, переводник, соединяющий наружную и всасывающую трубы.
Новым является то, что переводник, соединяющий наружную и всасывающую трубы, имеет в верхней части наружную резьбу для соединения с держателем седла клапана вставного штангового насоса с верхним креплением или муфтой вставного штангового насоса с нижним креплением, при этом переводник соединен с всасывающей трубой с помощью сварного соединения, а всасывающая труба имеет квадратное сечение, а в нижней части - центраторы, выполненные из профиля прямоугольного сечения, при этом длина наружной трубы составляет 2-2,5 метра, а внешний диаметр меньше внутреннего диаметра насосно-компрессорной трубы не менее, чем на 10 мм.
На фигуре изображен продольный разрез предлагаемого устройства.
Газопесочный якорь содержит наружную трубу 1, имеющую фильтрационные отверстия 2. Нижний конец наружной трубы 1 герметично закрыт заглушкой 3 и является шламосборником. Переводник 4 соединяет наружную трубу 1 и концентрично расположенную всасывающую трубу 5, который имеет в верхней части наружную резьбу для соединения с держателем седла клапана вставного штангового насоса с верхним креплением или муфтой вставного штангового насоса с нижним креплением (на фигуре не изображены).  Переводник 4 непосредственно соединяется с наружной трубой 1 с фильтрационными отверстиями, имеющей в верхней части внутреннюю резьбу для соединения с переводником 4, что позволяет обеспечить габариты менее внутреннего диаметра НКТ, а, значит, извлекать и спускать якорь вместе с насосом внутри колонны НКТ. Переводник 4 соединен с всасывающей трубой 5 с помощью сварного соединения, что позволяет обеспечить необходимый зазор между наружной и внутренними трубами при необходимости обеспечения габаритов якоря менее внутреннего диаметра НКТ исключением резьбовых соединений. Всасывающая труба 5 имеет квадратное сечение, а в нижней части - центраторы 6, выполненные из профиля прямоугольного сечения. Данное исполнение центраторов обеспечивает рациональное использование материала. Квадратное сечение всасывающей трубы 5 позволяет обеспечить необходимую площадь внутреннего пространства между наружной трубой 1 и всасывающей трубой 5 для прохождения жидкости и всплытия пузырьков газа, тем самым обеспечивая эффективную сепарацию газа и механических примесей. Центраторы 6 обеспечивают соосность труб 1, 3 и надежность устройства. В то же время центраторы 6 уменьшают площадь внутреннего сечения между наружной трубой 1 и всасывающей трубой 5 в нижней части, увеличивая скорость потока жидкости и осаждение механических частиц в шламосборнике. Длина наружной трубы 1 составляет 2-2,5 метра, что позволяет обеспечить скапливание осаждающихся механических частиц и надежность соединений. Внешний диаметр наружной трубы 5 меньше внутреннего диаметра НКТ не менее, чем на 10 мм, что позволяет проводить спуск и обеспечить подъем газопесочного якоря вместе с насосом на колонне насосных штанг, тем самым сократить время, необходимое для проведения подземного ремонта.
Газопесочный якорь работает следующим образом.
При ходе всасывания штангового насоса поток жидкости проходит через фильтрационные отверстия 2 в зону А между наружной трубой 1 и всасывающей трубой 5. В устройстве реализован принцип многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов разворота струй жидкости, изменения скорости потока со сменой направления течения. Более легкий газ под действием архимедовой силы поднимается по внутреннему пространству между наружной и всасывающей трубами при ходе нагнетания и далее через отверстия 2 в межтрубное пространство скважины. При следующем ходе всасывания поток дегазированной жидкости движется к нижней части всасывающей трубы 5, имеющей цетраторы 6, в зону Б, в которой за счет уменьшения площади проходного сечения происходит увеличение скорости потока. На нижнем конце всасывающей трубы 5 в зоне В жидкость снова меняет направление, и за счет силы инерции, а также из-за разности плотностей жидкости и механических примесей, происходит оседание механических примесей в шламосборнике. Далее сепарированная скважинная жидкость по всасывающей трубе 5 поступает в насос.
Внешний диаметр наружной трубы 5 меньше внутреннего диаметра НКТ не менее, чем на 10 мм, что позволяет проводить спуск и подъем газопесочного якоря вместе с насосом на колонне насосных штанг. Ограниченные габариты устройства (по длине и диаметру) для возможности проведения спускоподъемных операций предлагаемого якоря внутри колонны НКТ, и в то же время достаточная площадь внутреннего пространства между наружной трубой 1 и всасывающей трубой 5 для прохождения жидкости и всплытия пузырьков газа, были обеспечены применением всасывающей трубы 5 квадратного сечения.
Таким образом, предлагаемый газопесочный якорь позволяет сократить продолжительность подземного ремонта за счет возможности извлечения якоря вместе с насосом на штанговой колонне без подъема колонны НКТ, снизить потери нефти за счет исключения простоя скважин, а также обеспечить эффективную сепарацию газа и механических примесей для защиты вставных штанговых скважинных насосов.