НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ БЕСТРУБНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технике добычи нефти, в частности, к скважинным штанговым насосным установкам, используемым для подъема вязкой продукции из нефтедобывающих скважин.
Известна штанговая насосная установка для беструбной эксплуатации скважин (см. А.с. SU 1109537, F04В 47/02, 1984), содержащая скважинный насос, плунжер которого соединен с колонной полых насосных штанг, а цилиндр имеет гидравлический якорь.
Недостатком известной установки для беструбной эксплуатации скважин является большое гидравлическое сопротивление движению жидкости, особенно вязкой, в колонне полых штанг, имеющих небольшое проходное сечение, а также затрудненный ход вниз колонны полых штанг при встречном движении жидкости и колонны полых штанг.
Известно устройство для беструбной эксплуатации глубинных поршневых насосов (см. А.с. SU 494535, F04В 47/00, 1976), содержащее скважинный поршневой насос с пакером, в центральном канале которого размещен приемный фильтр с перфорированной цилиндрической поверхностью. Устройство снабжено утяжелителем, связанным с нижней частью каната и верхней частью плунжера.
Хотя в известном устройстве для беструбной эксплуатации скважин снижено гидравлическое сопротивление движению жидкости, которое осуществляется по эксплуатационной колонне, имеющей большое проходное сечение, однако то, что нагнетание жидкости на дневную поверхность происходит при ходе каната вниз, вызывает встречное направление движения каната и жидкости, что приводит к возрастанию сил сопротивления и зависанию каната с возможным скручиванием и образованием петель на нем. Кроме того, осевая циклическая нагрузка на цилиндр насоса, возникающая под воздействием столба жидкости в скважине при ходе плунжера вверх и вниз, полностью воспринимается пакером, что снижает надежность его работы.
Наиболее близкой к предлагаемой установке по технической сущности является насосная установка для эксплуатации скважин с боковыми направленными стволами (см. патент RU 2159358, F04В 47/02, 2000), содержащая скважинный штанговый насос с пакером, насосные штанги с центраторами, размещенными ниже насосно-компрессорных труб (НКТ), хвостовик, установленный с упором на забой скважины, и приемный фильтр, смонтированный на хвостовике.
В прототипе часть пути от скважинного насоса до поверхности, жидкость движется по эксплуатационной колонне большого проходного сечения, что снижает гидравлическое сопротивление ее движению, однако значительное сопротивление движению жидкости оказывается при прохождении ее по колонне насосно-компрессорных труб. Кроме того, встречное направление движения колонны штанг и жидкости приводит к возрастанию сил сопротивления движению штанг и к их зависанию при ходе вниз. Хотя упор хвостовика на забой скважины снимает часть циклической нагрузки на пакер от столба жидкости через цилиндр насоса, однако величина циклической нагрузки на пакер остается значительной.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности и надежности беструбной эксплуатации скважин штанговой насосной установкой, посредством снижения гидравлического сопротивления движению вязкой жидкости на пути от насоса до поверхности земли за счет увеличения проходного сечения на этом пути, а также снижение сопротивления движению колонны насосных штанг (далее колонны штанг) и устранения явления зависания колонны штанг при ходе вниз, уменьшение циклической нагрузки на пакер и колонну штанг за счет обеспечения синхронного движения по направлению движения откачиваемой жидкости и колонны штанг, а также снижение металлоемкости.
Поставленная техническая задача решается тем, что в предлагаемой насосной установке для беструбной эксплуатации скважин, содержащей штанговый насос с нагнетательным и всасывающим клапанами, установленный на замковой опоре, пакер, колонну насосных штанг с центраторами, приемный фильтр, смонтированный на хвостовике, установленном с упором на забой скважины, штанговый насос выполнен ступенчатым, со ступенью меньшего диаметра, расположенной над ступенью большего диаметра, а центраторы размещены по всей длине колонны насосных штанг.
Проведенные исследования показали, что выполнение штангового насоса ступенчатым со ступенью меньшего диаметра, расположенной над ступенью большего диаметра позволяет:
во-первых, снизить гидродинамические потери от трения колонны штанг об откачиваемую вязкую жидкость при ходе вверх и устранить явление зависания колонны штанг при ходе вниз за счет синхронизации направления движения откачиваемой жидкости и колонны штанг;
во-вторых, устранить явление зависания колонны штанг при ходе вниз за счет создания дополнительного к весу колонны штанг растягивающего усилия на штанги от столба жидкости в скважине, воздействующего на плунжер меньшего диаметра штангового ступенчатого насоса (далее насоса);
в-третьих, снизить в процессе всасывания и нагнетания насоса величину циклической нагрузки на пакер за счет того, что усилие от веса столба жидкости в скважине воспринимается плунжерами насоса.
Исключение в компоновке установки колонны насосно-компрессорных труб позволило разместить центраторы по всей длине колонны штанг, что позволяет:
во-первых, устранить по всей длине износ систем труб, штанг и соединительных муфт за счет исключения трения штанг с соединительными муфтами о трубы;
во-вторых, снизить гидродинамические потери от трения откачиваемой жидкости о стенки подъемного лифта за счет увеличения его проходного сечения по всей длине от насоса до поверхности земли.
Совокупность отличительных признаков предлагаемой насосной установки для беструбной эксплуатации скважин позволяет снизить гидродинамические потери при откачке жидкости, устранить явление зависания колонны штанг, снизить величину циклической нагрузки на пакер, повысить надежность работы установки.
На чертеже схематически представлена насосная установка для беструбной эксплуатации скважин (фиг.1).
Насосная установка содержит штанговый ступенчатый насос с двумя рабочими парами цилиндр меньшего диаметра 1 - плунжер 2 и расположенные под ними цилиндр большего диаметра 3 - плунжер 4, в плунжерах 2 и 4 соответственно расположены нагнетательный 5 и всасывающий 6 клапаны. Штанговый ступенчатый насос установлен на замковой опоре 7, ниже которой расположен хвостовик 8 с приемным фильтром 9. Хвостовик 8 установлен с упором на забой скважины. Приемная часть насоса разобщена с выкидной частью пакером 10. Плунжер 2 меньшего диаметра связан с колонной насосных штанг 11, на которой расположены центраторы 12.
Насосная установка для беструбной эксплуатации скважин работает следующим образом.
При ходе колонны насосных штанг 11 и плунжера меньшего 2 и большего 4 диаметров вниз в полости цилиндров меньшего 1 и большего 3 диаметров между плунжерами меньшего 2 и большего 4 диаметров создается разряжение и открывается всасывающий клапан 6 за счет перепада давления на приеме насоса, и жидкость, поступая через приемный фильтр 9, заполняет межплунжерное пространство цилиндров меньшего 1 и большего 3 диаметров.
При ходе колонны насосных штанг 11 с плунжерами меньшего 2 и большего 4 диаметров вверх, всасывающий клапан 6 закрывается под действием избыточного давления в полости цилиндров меньшего 1 и большего 3 диаметров между плунжерами меньшего 2 и большего 4 диаметров, а нагнетательный клапан 5 открывается и поток жидкости движется вверх по ходу движения колонны насосных штанг 11.
Далее циклы всасывания и нагнетания повторяются.
Технико-экономические преимущества предлагаемого решения заключаются в повышении надежности насосной установки и экономичности как ее изготовления, за счет экономии металла в связи с отсутствием колонны НКТ, так и в работе, за счет снижения гидродинамических потерь, обеспечения синхронного движения по направлению движения жидкости и колонны насосных штанг.