УСТАНОВКА СКВАЖИННАЯ ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ С НАСОСОМ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ
WELL SUCKER-ROD PUMP WITH DOUBLE-ACTING PUMP

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано для эксплуатации высокообводненных скважин в более экономичном режиме.
Известна насосная система двойного действия, содержащая обсадную колонну с двумя вскрытыми пластами, насос, спускаемый на колонне труб, расположенный в обсадной колонне с образованием межтрубного пространства между ними, которое разобщено пакером, расположенным между вскрытыми пластами, причем насос снабжен плунжером, нагнетательным клапаном и поршнем, соединенным с плунжером, выполненным с возможностью возвратно-поступательного движения, верхним и нижним входными отверстиями с всасывающими клапанами, расположенными выше пакера и соответственно выше и ниже поршня, при этом выход насоса сверху посредством колонны труб сообщен через нагнетательный клапан с устьем скважины, а снизу - через нижний нагнетательный клапан с подпакерным пространством. Такое исполнение установки позволяет значительную часть попутной воды закачивать в нижележащий вскрытый скважиной пласт без подъема ее на поверхность, тем самым снижая себестоимость нефти (патент US №5497832, МПК Е21В 43/38, Е21В 43/40 от 12.03.1996 г.).
Недостатками известного устройства является:
- относительная сложность конструкции;
- увеличение диаметральных габаритов, за счет выступающего верхнего корпуса верхнего входного клапана.
Наиболее близким решением является установка скважинная насосная с насосом двойного действия, содержащая поршень, втулку ограничительную, цилиндр с нижним нагнетательным клапаном, пакер, установленный между пластами, верхнее и нижнее входные отверстия с всасывающими клапанами, расположенными выше и ниже поршня, плунжером с верхним нагнетательным клапаном, выполненным, как и поршень, с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом движение поршня вниз ограничено внутренним уступом, колонну труб, на которой в скважину спущен штанговый насос, выход которого посредством колонны труб сообщен с устьем скважины, а через нижний нагнетательный клапан - с подпакерным пространством (патент RU №2364708, МПК Е21B 43/00, Е21B 43/38, от 20.08.2009 г.).
Недостатками известного устройства являются:
- значительные диаметральные габариты, за счет выступающего корпуса верхнего входного клапана;
- относительная сложность конструкции;
- недостаточная эксплуатационная надежность.
Технической задачей данного изобретения является повышение эксплуатационной надежности, обеспечение работоспособности установки при отборе скважинной продукции с высоким газовым фактором и увеличение добывных возможностей установки за счет упрощения конструкции верхней части насоса, а также за счет использования принципа принудительного срабатывания клапана.
Указанные цели достигаются установкой скважинной штанговой насосной с насосом двойного действия для эксплуатации скважины с обсадной колонной, двумя вскрытыми пластами и пакером, расположенным между вскрытыми пластами, содержащей поршень, цилиндр с нижним нагнетательным клапаном, нижним входным отверстием с всасывающим клапаном и верхними входными отверстиями, расположенными выше пакера и, соответственно, выше и ниже поршня, поршень с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом движение поршня вниз ограничено внутренним уступом, колонну труб, на которой в скважину спущен штанговый насос, выход которого посредством колонны труб сообщен с устьем скважины, а через нижний нагнетательный клапан - с подпакерным пространством, при этом в цилиндре штангового насоса размещен заборно-нагнетательный клапан с возможностью возвратно-поступательного движения, жестко связанный с колонной штанг посредством штока насоса, длина которого равна или больше длины хода насоса, а в верхней части цилиндра штангового насоса размещен клапан удерживающий, содержащий корпус с седлом и относительно подвижный стакан-клапан, при этом шток насоса проходит сквозь внутреннюю полость стакана-клапана с возможностью герметизации зазора между штоком насоса и внутренней полостью стакана-клапана, а нижняя часть стакана-клапана герметично взаимодействует с седлом, расположенным в нижней части корпуса клапана удерживающего, при ходе колонны штанг со штоком вниз.
Новым является то, что и заборно-нагнетательный клапан подвижно размещенный в цилиндре насоса штангового, и клапан удерживающий, расположенный в верхней части цилиндра, срабатывают (открываются и закрываются) принудительно, что повышает эксплуатационную надежность и в то же время обеспечивает работоспособность установки при отборе скважинной продукции с высоким газовым фактором.
На фиг. 1 изображен продольный разрез установки скважинной штанговой насосной двойного действия, на левой половине разреза изображен ход колонны штанг вниз (заполнение верхней полости цилиндра нефтью и нагнетание отделившейся воды в подпакерное пространство), а на правой - ход вверх (нагнетание нефти к устью скважины и заполнение нижней части цилиндра отделившейся воды).
На фиг. 2 изображен вариант исполнения заборно-нагнетательного клапана со штоком и на фиг. 3 - поперечное сечение А-А насоса штангового.
Установка содержит обсадную колонну 1 с двумя вскрытыми пластами 2, 3, насос 4, шток насоса 5, колонну насосных труб 6, расположенную в обсадной колонне 1 с образованием межтрубного пространства 7 между ними, которое разобщено пакером 8. Насос 4 снабжен заборно-нагнетательным клапаном 9 и поршнем 10, выполненными с возможностью возвратно-поступательного движения, цилиндр 11 с нижним входным отверстием 12, всасывающим клапаном 13, нагнетательным клапаном 14 и верхними входными отверстиями 15, расположенными выше пакера 8 и соответственно выше и ниже поршня 10. Выход насоса 4 сверху посредством колонны насосных труб 6 сообщен через клапан удерживающий 16 с устьем скважины (не показано), а снизу - через нагнетательный клапан 14 с подпакерным пространством 17. Клапан удерживающий 16 содержит корпус клапана 18 с седлом 19, закрепленным в нижней части корпуса клапана 18 и размещенным во внутренней полости корпуса клапана 18 ограниченно подвижный стакан-клапан 20, при этом шток насоса 5 проходит сквозь внутреннюю полость стакана-клапана 20 с возможностью герметизации зазора между штоком насоса 5 и внутренней полостью стакана-клапана 20, а нижняя часть стакана-клапана 20 герметично взаимодействует с седлом при ходе колонны штанг со штоком насоса 5 вниз.
Поршень 10 расположен в цилиндре 11 насоса 4 с возможностью ограниченного возвратно-поступательного движения. Сверху движение поршня 10 ограничено подвижным заборно-нагнетательным клапаном 9, а снизу - внутренним уступом 18, не позволяющим поршню 10 выйти из полости цилиндра 11.
Работает установка следующим образом.
После спуска на колонне насосных труб 6 цилиндра 11, вместе с поршнем 10, всасывающим и нагнетательным клапанами, на заданную глубину и установки пакера 8, между пластами 2, 3, на колонне штанг (не показана) и штоке насоса 5 с установленным на нем стаканом-клапаном 20 до упора заборно-нагнетательного клапана 9 через поршень 10 в упор 21, после подгонки длины колонны штанг установку запускают в работу.
Высокообводненная продукция из продуктивного пласта 2 поступает в межтрубное пространство 7 обсадной колонны 1. Нефть 22, имеющая меньшую плотность, всплывает при этом вверх, а в нижней части межтрубного пространства 7, ниже верхних входных отверстий 11 и до пакера 8, будет находиться отделившаяся вода 23 как жидкость, имеющая большую плотность.
Привод установки (не показан) сообщает колонне штанг (не показана), штоку насоса 5 и связанному с ним заборно-нагнетательному клапану 9 ваозвратно-поступательное движение.
С началом хода колонны штанг вверх заборно-нагнетательный клапан 9 принудительно закрывается, в то же время клапан удерживающий 16 принудительно открывается, с этого момента порция нефти 22 нагнетается в полость насосных труб 6 и далее к устью скважины (не показано). При этом в полости цилиндра 11 между заборно-нагнетательным клапаном 9 и поршнем 10 давление становится меньше, чем давление жидкости в полости цилиндра 17 под поршнем 10, которое в данный момент равно давлению столба жидкости в межтрубном пространстве 7, поскольку это давление действует на поршень 10 снизу через нижнее входное отверстие 12 и открытый всасывающий клапан 13.
Таким образом, при ходе заборно-нагнетательного клапана 9 вверх поршень 10 под действием перепада давления будет следовать за заборно-нагнетательным клапаном 9 вверх и при этом в полость цилиндра 11, под поршень 10, через нижнее входное отверстие 12 и всасывающий клапан 13 поступает вода 22.
Поршень 10 поднимается за заборно-нагнетательным клапаном 9 до тех пор, пока полость между заборно-нагнетательным клапаном 9 и поршнем 10 не сообщится с верхними входными отверстиями 11, после чего заборно-нагнетательный клапан 9 (см. фиг. 1) продолжает движение вверх, а поршень 10 останавливается, так как давление над и под ним выравнивается и становится равным высоте столба жидкости в межтрубном пространстве 7. При дальнейшем ходе заборно-нагнетательного клапана 9 вверх объем полости под заборно-нагнетательным клапаном 9 увеличивается, и в нее через верхние входные отверстия 11 и открытый всасывающий клапан 13 под заборно-нагнетательным клапаном 9 действием давления жидкости в межтрубном пространстве 7 поступает нефть 22 до тех пор, пока заборно-нагнетательный клапан 9 не остановится в крайнем верхнем положении.
С началом хода заборно-нагнетательного клапана 9 вниз давление жидкости в цилиндре 17 над заборно-нагнетательным клапаном 9, между заборно-нагнетательным клапаном 9 и поршнем 10, а также под поршнем 10, сравнивается, и при дальнейшем ходе заборно-нагнетательного клапана 9 вниз открывается нагнетательный клапан 15.
Перемещаясь вниз, открытый заборно-нагнетательный клапан 9 доходит до поршня 10 и под действием веса колонны штанг перемещает его вниз. При этом за счет веса колонны штанг под поршнем 10 создается давление, превышающее пластовое давление нижнего пласта 3. Нагнетательный клапан 15 открывается, и вода 22, поступившая через нижнее входное отверстие 12 в насос 4 при предыдущем ходе колонны штанг вверх, под действием этого давления нагнетается в подпакерное пространство 16 и задавливается в нижний пласт 3.
Таким образом, при работе установки основное количество воды 23 из продуктивного пласта 2 закачивается в нижний пласт 3, а нефть 22 с незначительным количеством воды подается на дневную поверхность.
После чего циклы повторяются.
В процессе эксплуатации скважины обводненность отбираемой продукции может изменяться. При снижении обводненности расстояние, на которое заборно-нагнетательный клапан 9 перемещается вверх относительно верхних входных отверстий 11, необходимо уменьшить, и соответственно увеличить расстояние, на которое нижний конец заборно-нагнетательного клапана 9 перемещается вниз относительно верхних входных отверстий 11, что достигается приспуском колонны штанг вниз. В результате этого большее количество воды 23 будет закачиваться в нижний пласт 3 и меньшее количество нефти 22, но с меньшей обводненностью, будет подниматься на поверхность. При этом темп отбора жидкости из продуктивного пласта 2 сохранится.
При снижении обвоненности скважинной продукции колонну штанг необходимо приподнять, при этом отбор нефти 22 увеличится, а количество воды 23, закачиваемой в нижний пласт 3, уменьшится.
Использование предлагаемой установки скважинной штанговой насосной с насосом двойного действия позволит повысить эксплуатационную надежность за счет упрощения конструкции установки, а также повысить эффективность добычи из обводненных скважин за счет возможности регулирования темпов отбора нефти и закачки воды в нижний пласт.