НАСОС СКВАЖИННЫЙ ЦЕПНОЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ

Насос скважинный цепной плунжерный относится к техническим средствам для подъема жидкостей, и может быть использован в любых отраслях хозяйственной деятельности для подъема воды, нефти из буровых скважин.
Известена штанговая скважинная насосная установка (ШСНУ) (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 2).
Штанговая скважинная насосная установка (ШСНУ), содержит станок-качалку, колонну штанг, рабочий цилиндр, поршень и колонну насосно-компрессорных труб.
Циклические разнонаправленные нагрузки, возникающие при работе ШСНУ приводят к частым обрывам штанг, поэтому приходится проводить частые ремонты, а так же достаточно жесткие требования к насосно-компрессорным трубам (НКТ), применяемым при добыче штанговыми насосами, делают производство и эксплуатацию ШСНУ дорогими. У ШГН достаточно строгие требования к содержанию свободного газа (до 25%). Прочность штанг и их деформации ограничивают глубину применения ШГН до 3200 м. Подача добываемой жидкости ШСНУ осуществляется циклически из за работы ШГН в режиме возвратно-поступательного движения в результате падает производительность установки.
Наиболее близким техническим решением является установка для подъема воды из артезианской скважины по патенту 20137 от 2001.02.19, опубликован 2001.10.20, МПК F03В 13/06, включающей скважинный насос, кинематически соединенный с наземным приводом, насосно-компрессорные трубы и устьевое оборудование, в качестве скважинного насоса применяют длинноходовой плунжерный насос с плавающими сегментами, плунжер которого через утяжелитель, амортизатор, гибкую стальную ленту и шкив соединен с наземным приводом, причем шкив соединен также при помощи гибкой стальной ленты с противовесом, установленного в вертикальном шурфе, закрепленного обсадной трубой. Шкив выполнен двухжелобным, в одном из которых размещена гибкая стальная лента, соединяющая шкив с плунжером насоса, а в другом - гибкая стальная лента, соединяющая шкив с противовесом, причем ленты намотаны на шкив в противоположных направлениях. В качестве привода применен реверсивный двигатель с понижающим редуктором и центробежной муфтой на выходном валу.
Данная установка может быть использована только при подъеме воды с небольших глубин. Она сложна при монтаже, так как необходимо дополнительно подготовить шурф. Наличие реверсивного двигателя в приводе установки приводит к усложнению в электрической схеме управления, а в процессе эксплуатации и к усложнению обслуживания. Подача воды происходит циклически, это в конечно счете влияет на производительность установки.
Задачей предлагаемого технического решения является подъем воды или нефти из буровых скважин, при высокой надежности и электробезопасности оборудования и незначительных затратах при изготовлении, эксплуатации и ремонте, в любых отраслях хозяйственной деятельности.
Задача решена за счет насоса скважинного цепного плунжерного, содержащего привод со шкивом, рабочий цилиндр и плунжер, при этом, насос дополнительно снабжен направляющим трубопроводом, и, соединяющей его герметично с колонной насосно-компрессорных труб, приемно-фильтрующей камерой; плунжеры прикреплены на одинаковом расстоянии друг от друга, меньшем рабочей длины рабочего цилиндра, по всей длине подвижной закольцованной цепи, пропущенной сквозь, соединенные герметично, привод с подъемным, опускающим и натяжным шкивами, направляющий трубопровод, приемно-фильтрующую камеру, через направляющий шкив, сквозь рабочий цилиндр, расположенный в колонне насосно-компрессорных труб.
Техническим эффектом является непрерывный подъем жидкости из скважин с малым дебетом, в том числе, за счет постоянной скорости движения цепи с плунжерами сквозь рабочие цилиндры, длина которых больше, чем расстояние между плунжерами, что обеспечивает в любой момент времени нахождение, как минимум одного, плунжера в рабочем цилиндре, и это препятствует перетеканию жидкости из колонны насосно-компрессорных труб обратно вниз.
Насос скважинный цепной плунжерный, изображен на чертежах, где на фиг.1 - насос в сборе, фиг.2 - насос с несколькими рабочими цилиндрами, фиг.3 - взаиморасположение рабочего цилиндра и плунжеров в насосе, фиг.4, 5 - принцип работы насоса.
На фиг.1, 2, 3, 5 4, 5 изображены: обсадная труба 1 скважины, перфорационные отверстия 2 обсадной трубы, добываемая жидкость 3, колонна 4 насосно-компрессорных труб (НКТ), соединительные муфты 5, рабочие цилиндры 6, цепь 7, плунжеры 8, направляющий шкив 9, приемно-фильтрующая камера 10, фильтровочные отверстия 11 корпуса, направляющий трубопровод 12 для цепи с рабочими поршнями, отверстие 13 для отвода попутного газа, несущий фланец 14 скважинного насоса, верхняя приемная камера 15, патрубок 16 для отвода добытой жидкости, привод 17 цепи скважинного насоса, кронштейн 18 для соединения направляющего трубопровода с колонной НКТ, фланец 19 обсадной трубы, прокладка 20, корпус 21 верхний, шкив 22 подъемный, шкив 23 опускающий, шкив 24 натяжной, патрубок 25 приемно-фильтрующей камеры, патрубок 26 для отвода попутных газов.
Насос скважинный цепной плунжерный выполнен следующим образом.
Насос может быть с одним рабочим цилиндром 6, для одноступенчатого подъема жидкости (фиг.1), или с несколькими взаимозаменяемыми рабочими цилиндрами 6, расположенными над нижним, друг над другом, через расчетное расстояние, для многоступенчатого подъема жидкости. (фиг.2).
К приемно-фильтрующей камере 10, являющейся одновременно корпусом направляющего шкива 9, с муфтой 5, через патрубок 25, присоединена колонна 4 насосно-компрессорных труб (НКТ), в стык которых вставлен рабочий цилиндр 6.
К другому патрубку (на чертеже не показан) приемно-фильтрующей камеры 10 присоединен направляющий трубопровод 12. Колонна 4 НКТ и направляющий трубопровод 12 скреплены между собой кронштейнами 18, и герметично присоединены, к несущему фланцу 14 скважинного насоса.
Сверху на верхний корпус 21 герметично установлен привод цепи 17 с подъемным 22, опускающим 23 и натяжным 24 шкивами, через которые проходит закольцованная цепь 7 с плунжерами 8, которая проходит и внутри направляющего трубопровода 12, приемно-фильтрующей камеры 10, через направляющий шкив 9, в рабочем цилиндре 6 и колонне НКТ.
Так как опускающаяся ветвь цепи с плунжерами насоса уравновешивает поднимающуюся, энергии требуется только на подъем жидкости и преодоление трения, а это ведет к значительной экономии энергии.
Из-за того что скорость движения цепи с плунжерами постоянная подъем жидкости происходит непрерывно.
При одинаковом диаметре рабочих цилиндров данного насоса и ШСНУ производительность предлагаемого насоса в два раза выше.
В предлагаемом насосе отсутствуют клапана, а клапана, как известно, являются слабым звеном любого насоса.
При монтаже насоса с одним рабочим цилиндром (фиг.1) соединения и запуск осуществляют следующим образом:
- патрубок приемно-фильтрующей камеры 25 герметично соединяют с колонной 4 НКТ посредством соединительной муфты 5, предварительно вставив в место соединения рабочий цилиндр 6;
- постепенно наращивая колонну 4 НКТ и прикрепляя к ней направляющий трубопровод 12, одновременно протягивая сквозь них и через направляющий шкив 9, цепь 7 с плунжерами 8, опускают погружную часть насоса в обсадную трубу 1 скважины до погружения приемно-фильтрующей камеры 10 ниже статического уровня добываемой жидкости 3,
- погружную часть насоса 10 подвешивают в обсадной трубе 1, герметично закрепляя на фланце обсадной трубы 19, несущий фланец 14 скважинного насоса, к которому прикрепляют колонну 4 НКТ (фиг.1, 2);
- на верхний корпус 21 герметично устанавливают привод цепи 17, после чего цепь 7 протягивают через, подъемный 22, и опускающий 23, шкивы и соединяют свободные концы цепи 7 соединительным звеном, (на чертеже не показано), тем самым закольцовывая ее, после чего ее натягивают натяжным шкивом 24.
Насос с одним рабочим цилиндром 6 применяют, когда добываемую жидкость необходимо поднять с небольшой глубины (фиг.1).
Когда добываемую жидкость необходимо поднять из больших глубин, применяют насос с несколькими взаимозаменяемыми рабочими цилиндрами 6 (фиг.2)
При монтаже насоса для добычи жидкости с большой глубины (фиг.2), все подключения производят в такой же последовательности,
Насос скважинный цепной плунжерный работает следующим образом.
Насос осуществляет подъем жидкости одним рабочим цилиндром 6 одноступенчато, или несколькими, многоступенчато. Подъем жидкости осуществляют во всех ступенях, путем непрерывного перемещения внутри колонны 4 НКТ, закольцованной цепи 7 и плунжеров 8, расположенных на ней через определенное расстояние, при прохождении которых, через взаимозаменяемые цилиндры 6, установленные на стыках насосно компрессорных труб (НКТ) переносят жидкость порциями из нижней НКТ в верхние. Спуск цепи 7 с плунжерами в скважину осуществляют по направляющему трубопроводу 12, прикрепленному к колоне 4 НКТ кронштейнами 18. Для передачи движения цепи 7 служит привод 17, расположенный на поверхности. Максимальное давление, которое может достигать в НКТ зависит от расстояния, через которое расположены цилиндры 6 и может варьироваться в широком пределе. Опускающаяся ветвь закольцованной цепи 7 в статическом состоянии насоса уравновешивает подъемную ветвь, тем самым обеспечивают минимальную затрату энергии, которая необходима только для подъема добываемой жидкости 3 и преодоление трения.
Готовый к работе насос запускают, для чего с привода подают крутящий момент в направлении, указанном стрелками на подъемный 22 и опускающий 23 шкивы которые синхронизированы между собой, (фиг.1 и фиг.2).
В качестве привода, для создания крутящего момента в насосе, могут быть использованы электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания или другие известные двигатели.
Цепь 7 одновременно начинает движение по направляющему трубопроводу 12 вниз и по колонне 4 НКТ вверх, проходя при этом через рабочий цилиндр 6 в который ее направляет направляющий шкив 9. Проходя по рабочему цилиндру 6, находящемуся в патрубке 25 приемно-фильтрующей камеры 10, плунжеры 8 переносят жидкость 3 порциями в колонну 4 НКТ (фиг.3). Это происходит, в силу того, что рабочая длина рабочих цилиндров 6 больше чем расстояние между плунжерами 8 на цепи, что обеспечивает в любой момент времени нахождение как минимум одного плунжера в рабочем цилиндре (фиг.4 и 5)???, а это препятствует перетеканию жидкости из колонны 4 НКТ обратно вниз. По колонне 4 НКТ жидкость поднимается в верхнюю приемную камеру 15, откуда по патрубку 16 удаляется по назначению.
В насосе с несколькими рабочими цилиндрами (фиг.2) по достижению жидкостью нижнего уровня последующего рабочего цилиндра 6 она так же переносится порциями вверх по колонне 4 НКТ, аналогично повторяется и в остальных рабочих цилиндрах (фиг.4 и 5).
Рабочие цилиндры 6 одинаковы и взаимозаменяемы. Одинаковы и взаимозаменяемы так же плунжеры 8.
Для замены, отработавшей ресурс цепи с поршнями, достаточно в корпусе привода цепи открыть лючок (на чертеже не показан) отсоединить соединительное звено цепи, к опускающемуся концу старой цепи с поршнями присоединить новую. Включить привод цепи и поднимающийся конец намотать на предварительно подготовленную бобину до появления соединительного звена, после чего отсоединив его от старой цепи соединить опускающуюся и поднимающуюся концы новой цепи тем самым закольцевав его, закрепить натяжной шкив и закрыть лючок, после чего насос готов к работе.
Из-за того что скорость движения цепи с поршнями постоянная подъем жидкости происходит непрерывно.
В предлагаемом насосе отсутствуют клапана, а клапана, как известно, являются слабым звеном любого насоса.
При одинаковом диаметре рабочих цилиндров данного насоса и ШСНУ производительность предлагаемого насоса в два раза выше.
Предлагаемый насос, прост в изготовлении и обслуживании, надежный и экономичный в работе, с минимальным потреблением электроэнергии, легко встраиваемый в существующую систему нефтедобычи и вододобычи, электробезопасный, с максимальным рабочим давлением не более 1,0 МРа, позволяет осуществлять добычу с больших и малых глубин жидкости из скважин с малым дебетом, в том числе.