УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕГАЗИРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ
STILL LIQUID EXTRACTION PLANT

Установка для добычи негазированной жидкости относится к техническим средствам для подъема жидкостей, предназначена для работы в среде газа повышенного давления и может быть использована в любых отраслях хозяйственной деятельности для подъема воды и любой другой негазированной жидкости из буровых скважин.
Известен «Насос» по патенту RU 2295065 от 2005.02.07, опубликован 2007.03.10, МПК F04F 1/04, который содержит цилиндр с днищем, снабженным всасывающим клапаном, фильтром и головкой с входным патрубком, связанным с воздушным трубопроводом, а также выходным патрубком, который герметично связан посредством сварки или резьбового соединения с жидкостным трубопроводом и снабжен обратным клапаном. Трубопроводы размещены в обсадной трубе, свободный конец жидкостного трубопровода сообщен с емкостью регулятора частоты циклов. Насос снабжен компрессором и вакуумным насосом. Цилиндр выполнен в виде отрезка обсадной трубы, жестко связанного с торцевой поверхностью нижнего конца обсадной трубы, в которой размещены трубопроводы. Свободный конец воздушного трубопровода герметично связан с выходным патрубком компрессора и параллельно - с входным патрубком вакуумного насоса. Имеются датчики с возможностью взаимодействия с регулятором частоты циклов, а также передачи сигналов включения и выключения компрессора и вакуумного насоса на пульт управления.
Данный насос может быть использован только при подъеме воды с небольших глубин. Он сложен в изготовлении и обслуживании, так как рабочие элементы изготовлены и смонтированы как единое целое с обсадной трубой. Он обладает малой производительностью из-за наличия только одной рабочей камеры, поэтому подача жидкости на поверхность будет не непрерывная, а циклическая. Его невозможно применить при многоступенчатом подъеме жидкости из скважины.
Известны также штанговые глубинные насосы (ШГН) (Справочник по добыче нефти. Авторы: В.В.Андреев, К.Р.Уразаков, В.У.Далимов и др. Под ред. К.Р.Уразакова, М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000, глава 5).
ШГН дороги в изготовлении из-за применения высоколегированных сталей и высокоточной обработки при изготовлении. Достаточно жесткие требования к насосно-компрессорным трубам (НКТ), применяемым при добыче штанговыми насосами, делают производство и эксплуатацию ШГН дорогими. У ШГН достаточно строгие требования к содержанию механических примесей в добываемой жидкости (до 3,5 г/л). Прочность штанг и их деформации ограничивают глубину применения ШГН до 3200 м.
В результате добычи жидкости у ШГН наблюдается повышенный износ деталей глубинного насоса, а также обрыв штанг, поэтому приходится проводить частые ремонты.
Наиболее близким техническим решением является «Пневматический насос замещения» по патенту RU 2016258 от 1991.07.01, опубликованному 1994.07.15, МПК 5 F04F 1/02. Он содержит рабочие камеры, попеременно подключаемые посредством механизма распределения к источникам высокого и низкого давления рабочего газа и снабженные всасывающими и нагнетательными трубами с всасывающими и нагнетательными клапанами. При этом нагнетательный клапан поплавковый и отличается тем, что источник высокого и низкого давления выполнен в виде вакуум-компрессорного агрегата с воздухораспределительными коробками, связанными с механизмом распределения электрического типа. Одна из камер снабжена двухпоплавковым замыкателем контакта механизма распределения, при этом вакуум-компрессорный агрегат сообщен с каждой из рабочих камер через клапанные коробки посредством двух трубопроводов. Всасывающий клапан также поплавковый, а всасывающий и нагнетательный клапаны выполнены с изменяющейся величиной плавучести.
Насос предназначен только для перекачки жидкости на поверхности и не может применяться при подъеме жидкости из скважин, он имеет громоздкую и ненадежную систему управления.
Задачей предлагаемого технического решения является создание простой в изготовлении и обслуживании, надежной в работе, электрически безопасной скважинной насосной установки с максимальным рабочим давлением не более 1,0 МПа, обеспечивающей подъем негазированной жидкости с повышенным содержанием механических примесей при многоступенчатом подъеме жидкости.
Задача решена за счет установки для добычи негазированной жидкости, выполненной на базе скважинных пневматических насосов замещения, имеющих рабочие камеры, попеременно подключаемые к источнику высокого давления в виде компрессора и к трубопроводу отработавшего газа, связанного с атмосферой, при этом каждый насос дополнительно оснащен центральной трубой отвода отработавшего газа, являющейся составной частью сквозного трубопровода для отвода отработавшего газа, соединенного с находящимся на несущем фланце несущим патрубком, имеющим выход в атмосферу; несущий фланец снабжен патрубком подачи сжатого газа, присоединенным к выходу компрессора; трубопровод добываемой жидкости выполнен составным и содержит приемную часть, рабочие камеры насосов, промежуточную часть и патрубок добываемой жидкости, присоединенный к магистральному трубопроводу, расположенный на несущем фланце, установленном герметично на фланце обсадной трубы.
Оснащение каждого насоса дополнительно центральной трубой отвода отработавшего и попутного газов, являющейся составной частью сквозного трубопровода для отвода отработавшего газа, соединенного с несущим патрубком несущего фланца, имеющим выход в атмосферу, позволяет удалять отработавший воздух в атмосферу и поддерживать в трубопроводе отработавшего газа пониженное давление, позволяет также увеличивать глубину добычи жидкости за счет увеличения количества насосов, подвешенных через определенное расстояние.
Выполнение трубопровода добываемой жидкости составным из приемной части, рабочих камер насосов, промежуточной части и верхней части с патрубком добываемой жидкости, расположенным на несущем фланце, установленном герметично на фланце обсадной трубы и снабженном дополнительно патрубком подачи сжатого воздуха, позволяет осуществить прием жидкости в рабочие камеры нижнего насоса с последующим вытеснением к насосу соседней верхней ступени по промежуточной части трубопровода, который в свою очередь вытесняет дальше вверх, таким образом, до верхнего насоса, который в свою очередь вытесняет в верхнюю часть трубопровода и далее через патрубок добываемой жидкости на поверхность, поддерживать высокое давление воздуха в затрубном пространстве путем его закачивания компрессором.
Установка для добычи негазированной жидкости на базе скважинных насосов замещения изображена на чертежах, где фиг.1 - схема многоступенчатой установки, фиг.2 - внешний вид скважинного насоса замещения, фиг.3 - принципиальная схема скважинного насоса замещения, фиг.4 - схема несущего фланца скважинного насоса, фиг.5, 6 и 7 - порядок работы скважинных насосов замещения.
На фиг.1-7 изображены: обсадная труба 1 скважины, перфорационные отверстия 2 обсадной трубы, добываемая жидкость 3, скважинный насос замещения 4, несущий трубопровод 5 отвода отработавшего газа, трубопровод 6 подъема добываемой жидкости, приемная труба 7, электрический кабель 8 промежуточный, заглушка 9 нижнего разъема электропитания скважинного насоса замещения нижней ступени, фланец 10 обсадной трубы, несущий фланец 11 скважинного насоса, уплотнительная прокладка 12, несущий патрубок 13, патрубок 14 добываемой жидкости, патрубок 15 сжатого газа, компрессор 16 для подачи сжатого газа, электрический шкаф 17, выходной патрубок 18 компрессора, трубопровод 19 сжатого газа, электрический разъем 20, электрический разъем 21, магистральный трубопровод 22, центральная труба 23, электрический пневмораспределитель 24, приемный патрубок 25, нагнетательный патрубок 26, электрический разъем 27 нижний, электрический разъем 28 верхний, фильтрующая насадка 29, кабель 30 электропитания скважинного насоса, кабель 31 электропитания компрессора, линия 32 электропитания, входной патрубок 33 компрессора, электрический провод 34 промежуточный, вентиль 35 подачи сжатого воздуха, муфта 36, подвесной стержень 37 приемной трубы, сапун 38, управляющая секция 39 скважинного насоса, основная секция 40 скважинного насоса, клапанная секция 41 скважинного насоса, первая рабочая камера 42, вторая рабочая камера 43, поплавковая камера 44 первой рабочей камеры, поплавковая камера 45 второй рабочей камеры, первый магнитный поплавковый клапан 46 двойного действия, второй магнитный поплавковый клапан 47 двойного действия, седло 48 первой рабочей камеры, седло 49 второй рабочей камеры, верхнее седло 50 первой рабочей камеры, верхнее седло 51 второй рабочей камеры, герконовый датчик уровня 52 первой камеры, герконовый датчик уровня 53 второй камеры, приемный клапан 54 первой рабочей камеры, приемный клапан 55 второй рабочей камеры, нагнетательный клапан 56 первой рабочей камеры, нагнетательный клапан 57 второй рабочей камеры, канал 58 приемный, нагнетательный канал 59, сквозной провод 60 цепи электропитания, провод 61 электропитания блока управления, провод 62 управления пневмораспределителем, провод 63 управления пневмораспределителем, провод 64 герконового датчика первой рабочей камеры, провод 65 герконового датчика второй рабочей камеры, отверстие 66 для отвода отработавших газов, канал 67 для отвода отработавшего газа, канал 68 для подачи и отвода рабочего газа в первую рабочую камеру, канал 69 для подачи и отвода рабочего газа во вторую рабочую камеру, электронный блок управления 70, канал 71 сжатого газа.
Установка для добычи негазированной жидкости на базе пневматических насосов замещения выполнена следующим образом. На фиг.1 в обсадной трубе 1 скважины, снабженной перфорационными отверстиями 2, погруженной в добываемую жидкость 3, расположены скважинные насосы замещения 4. К верхнему концу центральной трубы 23, нагнетательному патрубку 26 и к электрическому разъему 28 насоса нижней ступени соединены разъемно соответственно несущий трубопровод отвода отработавшего газа 5, трубопровод подъема добываемой жидкости 6 и электрический кабель 8. К приемному патрубку 25 также разъемно соединена приемная труба 7 с фильтрующей насадкой 29, которая закреплена к нижнему концу центральной трубы 23 скважинного насоса замещения посредством подвесного стержня 37 и муфты 36, закрывающей герметично трубопровод отвода отработавших газов 5. На нижний электрический разъем 27 насоса 4 установлена заглушка 9, которая устанавливается только на насосе нижней ступени. В многоступенчатой установке (фиг.1) трубопровод несущий 5 соединен разьемно с верхним концом центральной трубы 23 нижнего насоса 4 и нижним концом центральной трубы 23 следующего промежуточного насоса 4. Трубопровод подъема добываемой жидкости 6 соединен разьемно с нагнетательным патрубком 26 нижнего насоса 4 и приемным патрубком 25 следующего промежуточного насоса 4. Электрический кабель 8 соединен разьемно с верхним электрическим разъемом 28 нижнего насоса 4 и нижним электрическим разъемом 27 следующего промежуточного насоса 4. Аналогично соединены все насосы промежуточных ступеней при многоступенчатом подъеме. К верхнему концу центральной трубы 23, нагнетательному патрубку 26 и к электрическому разъему 28 насоса верхней ступени 4 соединены разъемно соответственно несущий трубопровод отвода отработавшего газа 5, трубопровод подъема добываемой жидкости 6 и электрический кабель 8. Несущий трубопровод 5, трубопровод подъема добываемой жидкости 6 и электрический кабель 8 соединены разьемно соответственно с несущим патрубком 13, патрубком добываемой жидкости 14 и электрическим разъемом 20, которые расположены на несущем фланце 11. Несущий фланец 11 установлен на фланец обсадной трубы 10 и стянут болтами (не показаны). Для предотвращения утечки сжатого воздуха из затрубного пространства скважины установлена прокладка 12. К разъему 21 подключен кабель 30 электропитания скважинного насоса замещения, другим концом подключенный к шкафу электрическому 17. К шкафу электрическому 17 подключен также компрессор 16 посредством кабеля 31. Подача электропитания к установке осуществляется по линии электропитания 32.
Несущий фланец 11 установки для добычи негазированной жидкости на базе пневматических насосов замещения (фиг.4) представляет собой сборочную единицу, состоящую из фланца 11 и герметично собранных на нем: патрубка несущего 13, предназначенного для удерживания скважинных насосов замещения с трубопроводами и электрическим кабелем, одновременно служащего для отвода отработавшего газа в атмосферу, патрубка добываемой жидкости 14, соединенного разъемно с магистральным трубопроводом 22, патрубка сжатого газа 15, служащего для подачи сжатого воздуха в затрубное пространство скважины, соединенного разъемно с компрессором 16 посредством трубопровода сжатого газа 19. На фланце 11 расположены также электрические разъемы 20 и 21, которые соединены между собой промежуточным проводом 34, герметично заделанным в нем.
Количество ступеней установки при многоступенчатом подъеме жидкости зависит только от глубины, с которой необходимо поднять жидкость, и шага, с которым монтируют скважинные насосы замещения, и определяется по формуле:
n=H/h,
где n - количество ступеней установки;
Н - глубина, с которой необходимо поднять жидкость;
h - шаг, с которым монтируются скважинные насосы замещения установки (5-50 м).
При монтаже установки для добычи негазированной жидкости на базе пневматических насосов замещения опускают на необходимую глубину, при одноступенчатом подъеме до 50 м, при многоступенчатом до 5000 м и глубже, при этом необходимо соблюдать условие, чтобы глубина погружения скважинного насоса замещения нижней ступени в жидкость составляла 5-25 м ниже ее статического уровня в скважине. При этом длина приемной трубы может быть любой и зависит от того, с какой глубины от статического уровня жидкости в скважине ее необходимо поднять.
Перед включением смонтированной установки для добычи негазированной жидкости на базе пневматических насосов замещения в затрубном пространстве скважины создают повышенное давление воздуха (фиг.1) компрессором 16, предварительно установив максимальное рабочее давление (до 1,0 МПа) на регуляторе давления компрессора (не показан); вентиль 35 при этом должен быть открыт. В этот момент в затрубном пространстве скважины создается повышенное давление воздуха, под действием которого статический уровень жидкости в скважине понижается, следовательно, насос нижней ступени 4 оказывается выше уровня жидкости. Соответственно, воздух, поступающий в одну из рабочих камер насоса (фиг.3) через сапун 38, канал сжатого газа 71, пневмораспределитель 24 и по каналам 68 или 69, в зависимости от положения пневмораспределителя 24 вытесняет жидкость из рабочей камеры 42 или 43. При этом поплавковый клапан 46 или 47 опускается и перекрывает седла 48 или 49, предотвращая тем самым утечку сжатого воздуха в трубопровод добываемой жидкости 6. Вторая рабочая камера в это время остается заполненной жидкостью. Жидкость в трубопроводе 6 добываемой жидкости при этом остается на прежнем уровне, так как давление в ней не меняется и равно атмосферному. Сжатый воздух также заполнит одну из рабочих камер насосов всех ступеней. После заполнения затрубного пространства сжатым воздухом скважинная насосная установка готова к работе.
Установка для добычи негазированной жидкости на базе пневматических насосов замещения работает следующим образом.
При включении установки по кабелю 8 к насосам 4 подается электрический ток напряжением в 24 В, в результате чего она начинает работать. На момент подачи электроэнергии для управления насосами в затрубном пространстве находится воздух под высоким давлением (фиг.5). Воздух также находится в рабочей камере 42, а другая рабочая камера 43 заполнена жидкостью. Поплавковый клапан 47, находясь в верхнем положении, перекрывает седло 51 и тем самым препятствует попаданию жидкости в трубопровод отработавшего газа 5, а магнит, встроенный в него, включает герконовый датчик 53. Давление в трубопроводе отработавшего газа 5 равно атмосферному. При подаче электроэнергии по кабелю 8 герконовый датчик 53 дает сигнал по проводу 65 на блок управления 70, который формирует команду и передает ее по проводу 63 на переключение пневмораспределителя 24. После переключения пневмораспределителя 24 (фиг.6) в камеру 43 начинает поступать сжатый воздух из затрубного пространства через сапун 38 по каналу 71 и 69 и вытеснять жидкость в трубопровод 6 через седло 49, нагнетательный клапан 57 и по каналу 59 в трубопровод добываемой жидкости 6 к насосу следующей промежуточной ступени. При завершении процесса вытеснения жидкости из камеры 43 поплавковый клапан 47 перекрывает седло 49, предотвращая утечку сжатого воздуха. В это же время из камеры 42 сжатый воздух удаляется в трубопровод отработавшего газа 5 по каналам 68 и 67 через пневмораспределитель 24, в результате понижения давления в камеру поступает жидкость под напором через седло 48, клапан 54 и по приемному каналу 58 из приемной трубы 7. В это время при заполнении камеры 42 поплавковый клапан 46, всплывая, перекрывает седло 50, одновременно замыкая герконовый датчик 52, в результате чего происходит переключение пневмораспределителя 24. После переключения пневмораспределителя 24 (фиг.7) в камеру 42 поступает сжатый воздух и вытесняет жидкость через седло 48 и клапан 56 в нагнетательный канал 59 и далее в трубопровод 6 к насосу следующей промежуточной ступени. В это время из камеры 43 сжатый воздух удаляется в трубопровод отработавшего газа 5, а в камеру поступает жидкость через седло 49, клапан 55 и по каналу 58 из приемной трубы 7. Добываемая жидкость по трубопроводу 6 поднимается на поверхность, а отработавший воздух уходит по трубопроводу отработавшего газа 5 в атмосферу. Аналогично работают все насосы промежуточных ступеней, как только одну из рабочих камер заполнит жидкость, поднятая насосом нижней ступени, до этого момента они находятся в режиме ожидания. Поддержание давления в затрубном пространстве осуществляется компрессором 16 автоматически.
Таким образом, непрерывно чередуя циклы приема и вытеснения в рабочих камерах 42 и 43, скважинный насос замещения создает непрерывный поток жидкости в трубопроводе 6 до тех пор, пока не будет отключено электропитание установки.
Скважинные насосы замещения любой ступени установки предназначены для приема от соседнего нижнего и подъема к соседнему верхнему скважинному насосу добываемой жидкости, начинают работать только тогда, когда одну из рабочих камер заполнит добываемая жидкость, поднятая нижним скважинным насосом, а до этого момента они находятся в режиме ожидания. Принцип работы скважинных насосов замещения всех ступеней установки многоступенчатого подъема жидкости одинаков. Все скважинные насосы замещения установки взаимозаменяемы.
Рабочее давление газа, применяемого при работе установки, может превышать 1,0 МПа в случае, если скважинные насосы замещения, трубопроводы и другие его комплектующие элементы изготовлены в усиленном варианте.
Техническим эффектом предлагаемого технического решения является создание простой в изготовлении и обслуживании, надежной в работе, электрически безопасной скважинной насосной установки с максимальным рабочим давлением не более 1,0 МПа, обеспечивающей подъем негазированной жидкости с повышенным содержанием механических примесей при многоступенчатом подъеме жидкости за счет установки для добычи негазированной жидкости, выполненной на базе скважинных пневматических насосов замещения, имеющих рабочие камеры, попеременно подключаемые к источнику высокого давления в виде компрессора и к трубопроводу отработавшего газа, связанного с атмосферой, при этом каждый насос дополнительно оснащен центральной трубой отвода отработавшего газа, являющейся составной частью сквозного трубопровода для отвода отработавшего газа, соединенного с находящимся на несущем фланце несущим патрубком, имеющим выход в атмосферу; несущий фланец снабжен патрубком подачи сжатого газа, присоединенным к выходу компрессора; трубопровод добываемой жидкости выполнен составным и содержит приемную часть, рабочие камеры насосов, промежуточную часть и патрубок добываемой жидкости, присоединенный к магистральному трубопроводу, расположенный на несущем фланце, установленном герметично на фланце обсадной трубы.