ШТАНГОВЫЙ ГЛУБИННЫЙ СДВОЕННЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к устройствам для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважины двумя штанговыми насосами на месторождениях углеводородов с трудноизвлекаемыми запасами.
Известна штанговая насосная установка для одновременно-раздельной добычи нефти из двух пластов (патент РФ №95756, кл. МПК F04B 47/00, дата публ. 10.07.2010), включающая пакер, разобщающий верхние и нижние пласты, два последовательно соединенных насоса, верхний и нижний, каждый из которых содержит плунжер и цилиндр, при этом плунжер нижнего насоса выполнен диаметром меньшим, чем диаметр плунжера верхнего насоса, цилиндр нижнего насоса выполнен диаметром, меньшим диаметра цилиндра верхнего насоса, каждый из насосов снабжен всасывающим и нагнетательным клапанами, при этом всасывающий клапан для отбора жидкости из верхнего пласта расположен сбоку в нижней части цилиндра большего диаметра, а в плунжере нижнего насоса непосредственно под нагнетательным клапаном установлен двухпозиционный переключатель, взаимодействующий со штоком, расположенным в нижней части цилиндра нижнего насоса над всасывающим клапаном.
Недостатком данной конструкции является то, что продукция из обоих пластов на выкид направляется по лифтовому каналу и не позволяет определить дебиты каждого из пластов по отдельности.
Известна насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (Варианты) (патент РФ №49573, кл. МПК Е21В 43/14, дата публ. 27.11.2005), включающая колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, пакер и два последовательно установленных штанговых насоса с соответствующими всасывающими и нагнетательными клапанами, плунжеры с внутренними каналами которых соединены между собой штоком, который снизу цилиндра верхнего насоса герметизирован, причем прием нижнего насоса через свой всасывающий клапан и хвостовик сообщен с подпакерным пространством, а прием верхнего насоса через свой всасывающий клапан сообщен с надпакерным пространством, при этом, соединяющий плунжеры шток выполнен полым с возможностью сообщения внутренних каналов плунжеров штанговых насосов с внутренней полостью штанг, образуя с нагнетательным клапаном нижнего насоса выкид нижнего насоса, верхний насос выполнен кольцевым, снабжен каналом и узлом герметизации полого штока, установленным над верхним насосом и разобщающим полости верхнего насоса и лифтовых труб, дополнительным каналом, всасывающим и нагнетательными клапанами, причем выкид верхнего насоса через его нагнетательный клапан сообщен с полостью лифтовых труб, а подплунжерная полость верхнего насоса через дополнительный всасывающий клапан сообщена с надпакерным пространством, а через дополнительный нагнетательный клапан и канал - с полостью лифтовых труб.
Недостатком данной установки является то, что узел герметизации выполнен в виде плунжерной пары.
Наиболее близкой по технической сущности является установка для одновременно - раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (патент РФ №59138, кл. Е21В 43/14, дата публ. 10.12.2006), включающая колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, пакер, два последовательно установленных штанговых насоса с всасывающим клапаном на приеме из верхнего пласта и нагнетательным клапаном на выкиде в кольцевую полость колонны лифтовых труб, а нижний насос имеет всасывающий клапан на входе в его цилиндр жидкости из нижнего пласта и нагнетательный клапан на входе в его плунжер, при этом полые плунжеры обоих насосов соединены полым штоком с возможностью прохождения потока из нижнего пласта через сквозной канал в полость колонны полых штанг и далее на поверхность в выкидную линию, при этом вокруг полого штока верхнего насоса образована межплунжерная полость переменного сечения, ограниченная сверху нижним торцем плунжера верхнего насоса, снизу-верхним торцем плунжера нижнего насоса, наружной поверхностью полой насосной штанги и внутренними поверхностями соединительного патрубка и цилиндров верхнего и нижнего насосов. Межплунжерная полость сообщается через приемный клапан с затрубным надпакерным пространством, а через байпас - с расположенным в нем нагнетательным клапаном, сообщается с лифтовой полостью колонны НКТ, при этом, межплунжерная полость, изменяясь в объеме за счет ввода-вывода в нее плунжеров с разным диаметром, в случае применения верхнего насоса большего диаметра является полостью всасывания, а полостью нагнетания является лифтовая полость колонны НКТ.
Недостатком данной конструкции являются значительные габариты установки, а также значительный объем нерабочей области верхнего насоса.
Целью создания данной полезной модели является обеспечение изоляции потоков, поступающих в насосную установку из верхнего и нижнего разрабатываемых пластов.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является уменьшение габаритов установки «насос-насос» до 30% длины по сравнению с аналогом, увеличение коэффициента наполняемости верхнего насоса с 0,4 до 0,7 за счет уменьшения его нерабочего объема, уменьшение газовой составляющей при выкиде добываемой жидкости из нижнего пласта.
Данный технический результат обеспечивается благодаря тому, что в качестве узла герметизации потоков, поступающих из верхнего и нижнего пластов в полости цилиндров, между верхним и нижним насосом установлен плунжер-пакер, выполненный в виде двух цилиндров, наружного и внутреннего, концентрично установленных с возможностью скольжения по боковым поверхностям друг друга вдоль центральной оси, при этом внутренний цилиндр плунжера-пакера соединен резьбовым соединением с цилиндром нижнего насоса, а наружный цилиндр плунжера-пакера связан резьбовым соединением с цилиндром верхнего насоса посредством корпуса с боковым каналом (байпасом), что приводит к уменьшению его габаритов.
Технический результат достигается также тем, что в боковых стенках плунжера нижнего насоса выполнены сквозные отверстия для стравливания газа с приема нижнего насоса.
Штанговый глубинный сдвоенный насос, установленный в колонну лифтовых труб, включает верхний насос 1, нижний насос 2. Верхний штанговый насос 1 содержит цилиндр 3 с установленным в его верхней части упором 4, а внутри цилиндра 3, с возможностью скольжения по его внутренней боковой поверхности, концентрично установлен плунжер 5 верхнего насоса 1. Со стороны устья скважины и со стороны забоя, плунжер 5 концентрично соединен резьбовым соединением с колонной полых штанг 6, к наружной резьбе нижней части которой присоединен плунжер 7 со сквозными отверстиями 8 в его стенках, а также с установленным на входе в него напорным клапаном 9. Наружная боковая поверхность плунжера 7 имеет возможность скольжения по внутренней боковой цилиндрической поверхности цилиндра 10, а также по внутренней боковой цилиндрической поверхности удлинителя 11 нижнего насоса 2. На входе в удлинитель 11, гидравлически связанном с нижним пластом добываемой жидкости, установлен входной всасывающий клапан 12. К наружной боковой поверхности цилиндра 10 нижнего насоса 2 со стороны устья скважины концентрично присоединен резьбовым соединением плунжер-пакер 13 цилиндрической формы, по наружной боковой поверхности которого концентрично с возможностью скольжения по боковым поверхностям друг друга установлен цилиндр 14 плунжера-пакера 13 нижнего насоса 2.
Цилиндр 3 верхнего насоса 1 связан с цилиндром 10 нижнего насоса 2 посредством последовательно соединенных друг с другом резьбовым соединением ниппелем упорным 15 и переводником 16 ниппеля, в стенках которого имеются сквозные отверстия 17. Наружный цилиндр 14 плунжера-пакера 13 соединен наружным резьбовым соединением с нижней частью цилиндрического корпуса 18, имеющего боковой дополнительный канал (байпас) 19, при входе жидкости из верхнего пласта в центральный канал которого установлен всасывающий клапан 20, при этом этот центральный канал бокового байпаса 19 гидравлически связан с переводником 16 через отверстия 17, а в верхней части центрального канала байпаса установлен напорный клапан 21. Со стороны устья скважины по наружной боковой поверхности ниппеля упорного 15 установлены кольцевые элементы 22 и 23, обеспечивающие разделение полости всасывания А и полости нагнетания Б верхнего насоса.
Штанговый глубинный сдвоенный насос работает следующим образом.
Работа нижнего насоса: При движении колонны полых штанг 6 вверх, продукция нижнего пласта через всасывающий клапан 12, при закрытом клапане 9, заполняет внутренний объем удлинителя 11 и цилиндра 10, поступая в подплунжерную область плунжера 7 нижнего насоса 2.
При ходе колонны полых штанг 6 вниз, клапан 12 нижнего насоса 2 перекрывает возможность перетока жидкости из подплунжерной области обратно в нижний пласт, а под воздействием плунжера 7 нижнего насоса на жидкость, находящуюся в подплунжерной области, она открывает напорный клапан 9, и поднимаясь по внутреннему каналу колонны полых штанг 6, поступает на выкид установки. При этом, часть газовой шапки поступившей из нижнего пласта с жидкостью, выходит через боковые отверстия 8 плунжера 7 нижнего насоса в момент, когда зона плунжера 7 с отверстиями 8 перемещаются в удлинитель 11 насоса, снижая газовую составляющую жидкости на выкиде.
Работа верхнего насоса: При ходе колонны полых штанг 6 вверх, плунжер верхнего насоса 5 доходит до упора 4, при этом продукция верхнего пласта через всасывающий клапан 20 бокового байпаса 19, сквозные каналы 17 в стенках переводника 16 верхнего насоса 1 поступает в полость всасывания А, включающую межплунжерную область, кольцевой зазор между внутренней поверхностью корпуса 18 и наружной боковой поверхностью ниппеля упорного 15, и внутренней поверхностью ниппеля 15 и наружной поверхностью полой штанги 6.
При ходе колонны полых штанг 6 вниз, клапан всасывающий 20 закрывается, перекрывая переток жидкости из полости всасывания верхнего наоса 1 обратно в верхний пласт, при этом жидкость, выдавливаемая плунжером 5 верхнего насоса из межплунжерного пространства, направляется через сквозные отверстия 17 переводника 16 во внутренний канал байпаса 19 и, проходя через открывшийся напорный клапан 21, поступает в нагнетательную полость Б колонны лифтовых труб, и далее на выкид.
Потоки жидкости, поступившие из разных пластов в полости верхнего 1 и нижнего 2 насосов, герметично разделены плунжером-пакером 13 с установленным на нем наружным цилиндром 14 плунжера-пакера. Пара плунжер-пакер 13 и цилиндр 14 перемещается относительно друг друга при монтаже-демонтаже штангового сдвоенного насоса, оставаясь неподвижной в рабочем режиме установки и обеспечивая герметичность при разделении жидкости, поступающей из разных пластов.