ГЛУБИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА
DOWNHOLE PUMPING UNIT

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к глубинным насосным установкам.
Известна глубинная установка, которая содержит штанги и трубы с высаженными концами, на которых нарезана наружная и внутренняя резьба (см. Грей Форест. Добыча нефти. - М.: ЗАО «Олимп Бизнес», 2001. - с.230-240; Муравьев В.М., Середа Н.Г. Спутник нефтяника. - М.: Недра, 1971, - с.233; см. Сароян А.Е. Трубы нефтяного сортамента, справочник. М.: Недра, 1987, с.11-13).
Из уровня техники известно выполнение бурильной колонны, состоящей из труб, на наружной поверхности которых установлены элементы плавучести (баллоны), внешний диаметр которых больше диаметра колонны, при этом элементы плавучести размещены по всей длине колонны труб от поверхности до дна моря, а в случае необходимости они могут устанавливаться и на внешней поверхности бурильных труб, размещенных в скважине, что обеспечивает снижение веса колонны (см., например, патент США 4059148, кл. E21B 7/21, опубл. 22.11.1977, с.13).
Из US 7008141 В2 (кл. E21B 17/01, опубл. 07.03.2006, 11 с.) известно выполнение баллонов, которые заполняются газом с целью облегчения колонны труб.
Из RU 49879 U1 (кл. E21B 17/00, опубл. 10.12.2005, 7 с.) известна плавающая бурильная труба, в корпусе которой по всей длине выполнена кольцевая полость, заполненная воздухом, за счет чего вес трубы снижается.
Недостатками глубинной насосной установки являются:
- при спуске насоса и колонны насосно-компрессорных труб или плунжерной глубинной насосной установки и колонн штанг и труб в обсадные трубы на дно Северного ледовитого океана или дно моря на глубину 4000-15000 м и плюс глубину пробуренной скважины собственный вес штанг и труб превышает предел прочности стали, следовательно, происходит разрушение труб и резьбы в соединительных узлах, по этой причине ограничена рабочая глубина установки плунжерных насосов, которая составляет 650-2900 м, ограничен диаметр плунжера и наружный диаметр насоса и его производительность, а для электрических погружных многоступенчатых центробежных насосов рабочую глубину более 3000 м ограничивает температура нагрева электродвигателя.
- увеличивается нагрузка на детали станка-качалки и мощность электродвигателя для плунжерных насосов, в процессе работы глубинной насосной установки колонна штанг за счет потери устойчивости наносит удары по внутреннему каналу труб, что приводит к износу труб и штанг, а плунжер не успевает опуститься на полный рабочий ход насоса, следовательно, снижается производительность насоса.
Техническим результатом глубинной насосной установки является повышение производительности плунжерных погружных насосов за счет увеличения диаметра плунжера и обеспечения безопасной работы насоса и станков-качалок. Глубинная насосная установка содержит штанги и трубы, на высаженных концах которых нарезана резьба, отличающаяся тем, что с наружной стороны штанг и труб установлены баллоны, которые содержат наружную трубу диаметром 70-550 мм и заглушки, заполненные, например, газообразным азотом или инертным газом под давлением 0,0001-188,4 МПа.
На фиг.1, а, б, в, г показан общий вид штанг и труб с баллонами для глубинной насосной установки, а на фиг.1, д, е показан глубинный погружной многоступенчатый центробежный насос с приводом от электродвигателя на колонне труб с баллонами и глубинная насосная установка.
Глубинная насосная установка содержит штанги 1 и трубы 2, с наружной стороны которых установлены баллоны 3, 4, которые имеют наружную трубу 5, 6 диаметром 70-550 мм и заглушки 7, 8, 9, 10, заполненные, например, газообразным азотом или инертным газом под давлением 0,0001-188,4 МПа.
Максимальный диаметр внешней трубы баллона, равный 70-80 мм, определяется по внутреннему диаметру стандартной насосной трубы, равному 93 мм и 120 мм, минимальный диаметр баллона - по наружному диаметру стандартной насосной штанги, равному 22 мм, 25 мм, 32 мм и 42 мм.
Максимальный диаметр внешней трубы баллона, равный 450 мм, определяется по внутреннему диаметру стандартной обсадной трубы, расположенной в скважине, равному 500 мм, а минимальный диаметр баллона - по наружному диаметру стандартной насосной трубы, равному 112,5 мм и 137,5 мм. По мере увеличения глубины диаметр скважины уменьшается до 215,5 мм, 175,5 мм, 137,5 мм, следовательно, уменьшается и наружный диаметр внешней трубы баллона.
Наибольший диаметр, равный 550 мм, внешней трубы баллона, расположенного над устьем скважины в воде моря, определяется по внутреннему диаметру стандартной трубы, равному 600 мм, а минимальный диаметр баллона - по наружному диаметру стандартной насосной трубы, равному 112,5 мм и 137,5 мм.
Максимальное давление газа в баллонах зависит от допускаемого давления газа на стандартные насосные трубы и свойств материала, которое составляет 188,5 МПа, а минимальное давление газа в баллонах зависит от глубины погружения насосной трубы.
Глубинная насосная установка работают следующим образом.
Многоступенчатый центробежный насос 11 (см. фиг.1, д) с электродвигателем 12, кабелем 13 и колонной труб 2 с баллонами 4, заполненными газом под давлением, опускается на глубину 3000 м в обсадные трубы 14, с наружной стороны которых установлены баллоны 15, заполненные газом под давлением. От двигателя-генератора электрический ток включает электродвигатель и центробежный насос, который по трубам с баллонами поднимает нефть на поверхность в накопительные емкости, установленные на плавающей платформе (не показаны).
Плунжерный насос 16 (см. фиг.1, е) в собранном виде соединяют с колоннами штанг 1 с баллонами 3, например, цилиндрическо-конической формы и труб 2 с баллонами 4 и их одновременно опускают в обсадные трубы 14 с баллонами 15 на дно скважины в нефтяной слой на глубину до 20000 м и более. От двигателя-генератора электрический ток включает электродвигатель станка-качалки, который соединен со штангами 1 плунжером насоса 16. При перемещении вверх плунжер насоса поднимает нефть на поверхность в накопительные емкости, установленные на плавающей платформе (станок-качалка и накопительные емкости не показаны).
На водной поверхности моря или океана колонны штанг и труб насосов и обсадные трубы соединены с плавающей нефтяной платформой 17.
Использование баллонов на штангах и трубах позволяет опускать колонны труб, штанг с погружными насосами и колонну обсадных труб на глубину до 20000 м и более.
Колонны штанг, труб насосов и колонны обсадных труб постоянно находятся в вытянутом состоянии в направлении поверхности воды, поэтому растягивающая нагрузка в поперечном сечении штанг, труб насосов и обсадных труб и в резьбовых соединительных узлах от их собственного веса уменьшается, следовательно, гарантирована их длительная и безопасная работа в процессе эксплуатации нефтяных скважин.
Кроме этого, в процессе работы станка-качалки снижается нагрузка на его детали и обеспечивается плавное перемещение плунжера насоса и штанг.
Можно использовать станки-качалки с меньшей мощностью в электродвигателе и плунжерные насосы с большим диаметром по сравнению с известными, и следовательно, повысить их производительность.