Скважинный плунжерно-винтовой насос с нижним приводом

Полезная модель предназначена для добычи с больших глубин жидких полезных ископаемых, таких как нефти, в том числе высоковязкие, рассолы и другие. Скважинный плунжерно-винтовой насос с нижним приводом содержит цилиндр, связанный с колонной насосно-компрессорных труб, внутри которого расположен полый поршень, имеющий канал с участком воронкообразной формы, расширяющийся в стороны заборного конца, и запорный механизм - клапан, установленный в канале поршня, с возможностью перекрытия канала, выходной канал из цилиндра перекрывается нагнетательным клапаном. Между обоими клапанами имеется замкнутое пространство, изменяемого в процессе работы объема; полый. Поршень со стороны заборного- конца соединен с приемником, который связан с кареткой винтовой передачи, в свою очередь, винт передачи соединен с приводом, состоящим из электродвигателя, редуктора и гидрозащиты.
Известны скважинные плунжерные насосы, имеющие вертикальную конструкцию одинарного действия с неподвижным цилиндром, подвижным металлическим плунжером и шариковыми клапанами (Форест Грей. Добыча нефти. ЗАО «Олимпбизнес». Москва. 2003 г.).
Скважинные плунжерные насосы изготавливаются с верхним приводом, для чего используются станки-качалки, а также гидравлические и пневматические приводы. Верхний привод прост в изготовлении и обслуживании, но из-за колонны штанг возникает ряд серьезных недостатков, в частности, они исключают добычу из наклонных и искривленных скважин.
Плунжерные насосы, как правило, применяются для добычи нефти из низкодебитных скважин. Применение на таких скважинах центробежных насосов малоэффективно, так как их наработка не превышает полугода, а дальше из скважины идет вода, закачиваемая в пласт для вытеснения нефти.
К тому же коэффициент извлечения жидкости при работе ЭЦН приблизительно в два раза меньше, чем при работе плунжерными насосами. В последние годы все более возрастает влияние осложненных факторов (мехпримеси, солеотложение, высокое содержание свободного газа, высокая вязкость нефти, снижение дебита скважин и др.), что ограничивает применение ЭЦН.
Для осложненных условий эксплуатации скважин одним из наиболее эффективным способом являются винтовые насосы («Винтовые насосы компании «Борец»). В особо тяжелых условиях и винтовые насосы не способны решить проблемы добычи нефти. По данным завода «Борец», изготовителя таких насосов, проблема может быть решена не более чем на 70% осложненного фонда скважин. Таким образом, до 30% осложненного фонда скважин не имеет надежного способа добычи.
;
:
Помимо отмеченных, плунжерные насосы имеют ряд других недостатков, в частности, штанги увеличивают стоимость установки, усложняют монтаж и демонтаж-насосов, к тому же при ходе вверх возрастает нагрузка на величину массы штанг и трение их о добываемую жидкость, что может привести к обрыву штанг, а приходе вниз возникает такой дефект как зависание штанг. Эти недостатки отсутствуют у погруженных насосов с нижним приводом, таких как центробежные и винтовые, а также у скважинного плунжерного насоса с нижним приводом патент на изготовление №2575385. Насос содержит цилиндр, связанный с колонной насосно-компрессорных труб, внутри которого расположен полый поршень, имеющий канал с участком воронкообразной формы. Расширяющимся в сторону заборного конца, и запорный механизм-клапан, установленный в канале поршня, с возможностью Перекрытия канала, выходной канал из цилиндра перекрывается нагнетательным клапаном. Между обоими клапанами имеется замкнутое пространство, изменяемого в процессе работы объема. Полый поршень со стороны заборного конца соединен с приемником, связанным с преобразователем вращательного движения в поступательное, а тот, в свою очередь, соединен с приводом, состоящим из мотора, редуктора и гидрозащиты.
Недостатком данного насоса является малая надежность работы преобразователя вращательного движения в поступательное, выполненного в виде винтового замкнутого паза, в который входит стержень, соединенный с накопителем, сообщающего возвратно-поступательное движение плунжеру.
Цель полезной модели - сделать скважинный плунжерный насос с нижним приводом, способный надежно работать в условиях, при которых центробежные и винтовые насосы, изготавливаемые с таким же приводом, работать не могут. К таким условиям относятся малый и нестабильный дебит (менее 3 м3/сут), высокая вязкость, большое количество мехпримесей,. высокое содержание свободного газа, солеотложение и др.
На чертеже схематически представлен скважинный плунжерно-винтовой насос с нижним приводом. Насос содержит цилиндр 1, связанный с колонной насосно-компрессорных труб 2, внутри которого расположен полый поршень 3, имеющий канал 4 с участком воронкообразной формы 5, расширяющимся в сторону заборного конца, и запорный механизм-клапан 6, установленный в канале поршня, с возможностью перекрытия канала. Выходной канал из цилиндра 7 перекрывается клапаном 8. Между обоими клапанами имеется замкнутое пространство, изменяемого в процессе работы объема. Полый поршень 3 со стороны заборного конца соединен с приемником 9, который связан с подвижной кареткой 10-винтовой передачи. Винтовая передача может быть двух типов. В том случае, если добыча нефти ведется при малом содержании абразивных частиц, применяется шарико-винтовая передача, при большом содержании мехпримесей используется соединение с трапецеидальной резьбой. Винт 11 с одной стороны соединен с приводом насоса, а с другой - поддерживается опорой 12, с подшипником 13. Наружная труба 14 соединяется с цилиндром 1 и приводом. В верхней части трубы 14 имеются отверстия для прохода добываемой жидкости. Привод насоса состоит из гидрозащиты 15, редуктора 16 и электродвигателя 17.
Скважинный плунжерно-вицтовой насос с нижним приводом работает следующим образом: На поверхности собирают привод, состоящий из электродвигателя 17, редуктора 16 и гидрозащиты 15, далее к нему присоединяется винтовая передача, состоящая из каретки 10 и винта 11, и опоры 12 с подшипником 13. К каретке 10 присоединяется накопитель 9 с полым поршнем 3. К приводу присоединяется наружная труба 14, к которой в свою очередь присоединяется цилиндр с встроенным клапаном 8. В заключении все это присоединяется к последней насосно-компрессорной трубе 2, и заводится в скважину. Наращивая колонну насоснокомпрессорных труб, насос опускают на требуемую глубину.
- При ходе вниз полого поршня 3, осуществляемого за счет привода, каретка 10, перемещаясь по винту 10, тянет вниз накопитель 9, при этом уменьшается рабочее пространство в накопителе. Жидкость, прошедшая через отверстия в наружной трубе и заполнившая накопитель, пройдя через канал 4 с участком воронкообразной, формы 5, давит на клапан 6, открывает его и далее поступает в все увеличивающееся межклапанное пространство в цилиндре 1, ограниченное нагнетательным клапаном 8.
При обратном ходе полого поршня 3, осуществляемом посредством тех же механизмов, что и при ходе вниз, каретка 10, перемещаясь по винту, поднимает накопитель 9, соединенный с плунжером 3, при этом клапан 6 закрывается, вследствие уменьшения межклапанного пространства, а затем начинает расти давление на клапан 8. Когда усилия, действующие на клапан 8 снизу, превысят усилия, создаваемые; столбом жидкости сверху, клапан 8 открывается, и жидкость, через, выходной канал из цилиндра 1, выдавливается в колонну труб 2. В это же время в накопителе 9 ниже полого поршня создается разряжение, и происходит заполнение приемника 9 добываемой жидкостью.
При ходе полого поршня 3 вниз клапан 8 под действием столба жидкости закрывает выходной канал из цилиндра 7, это позволяет разгруженному клапану 6 открываться, при этом происходит заполнение цилиндра 1 добываемой жидкостью. При дальнейших ходах поршня 3, уровень добываемого ископаемого в колонне труб 2 повышается, достигая конца трубы, и оно попадает в выкидную линию.
Предлагаемый скважинный плунжерно-винтовой насос с нижним приводом позволяет производить добычу из вертикальных, а также из наклонных и искривленных скважин. По сравнению со штанговыми насосами, у них уменьшается нагрузка из-за отсутствия трения жидкости о штанги и массы штанг, что позволяет добывать жидкости из более глубоких скважин, и исключить такой дефект как обрыв штанг. Не будет у них и другого дефекта - зависания штанг.
Насосы позволяют эксплуатировать скважины с малым дебитом, где центробежные и винтовые насосы работать не могут. Эти же насосы имеют ограниченные возможности: применения в условиях влияния осложняющих факторов на добычу, таких как вязкая нефть, большое количество техпримесей, высокий ГФ, нестабильный или низкий приток и т.д. В осложненных условиях добычи плунжерно-винтовые насосы смогут работать в более широком диапазоне. По сравнению с центробежными и винтовыми насосами. Какова бы ни была характеристика нефти, оказавшейся в накопителе, она обязательно попадет в цилиндр, а затем поршень, под воздействием винта, обязательно выдавит нефть в НКТ.