СКВАЖИННАЯ ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности, к устройствам для уравновешивания станка-качалки при подъеме жидкости из скважин при помощи штанговых насосов.
Известны скважинные насосные установки, включающие плунжерный насос с колонной штанг и компенсатор динамических нагрузок для снижения нагрузок с колонны штанг и балансира, соединяющий шток плунжера насоса с колонной штанг и выполненный в виде цилиндра, в полости которого размещен плунжер со штоком (SU 575411, 712490).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является скважинная насосная установка, включающая плунжерный насос с колонной штанг и компенсатор динамических нагрузок, соединяющий шток плунжера насоса с колонной штанг и выполненный в виде цилиндра, в полости которого размещен плунжер со штоком, при этом по концам указанного цилиндра выполнены отверстия (RU 7443).
Недостатком известных установок является конструктивное расположение компенсаторов в скважине и их большой размер, что приводит к сложности их размещения, ремонта и регулирования, дополнительные гидравлические потери, а также низкая прочность, обусловленная ослаблением конструкции щелью, выполненной вдоль рабочей поверхности цилиндра компенсатора.
Кроме того, расположение компенсатора в скважине позволяет использовать его только в вертикальных скважинах.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы штанговой глубинной установки за счет максимального снижения напряжения с балансира и обеспечения возможности регулирования работы компенсатора, снижение риска зависания штанг, упрощение устройства, а также обеспечение возможности использования в наклонно-направленных скважинах.
Поставленная задача достигается тем, в скважинной штанговой насосной установке, включающей плунжерный насос с колонной штанг, станок качалку с балансиром, головка которого соединена с жестким подвесом, и компенсатор динамических нагрузок штанг, согласно полезной модели, компенсатор динамических нагрузок штанг установлен на устье скважины после выкидной линии и выполнен в виде камеры, заполненной жидкостью, в которой размещен поплавок, верхний конец которого соединен с жестким подвесом, а нижний через уплотнение - с колонной штанг.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1, 2 показана принципиальная схема установки в двух положениях, на фиг.3, 4 приведены, соответственно, зависимости объема поплавка от плотности рабочей жидкости и компенсируемого веса от плотности жидкости.
Предлагаемое устройство состоит из плунжерного насоса 1, колонны штанг 2, станка-качалки 3, балансира 4, на которой подвешен жесткий подвес 5, и компенсатора 6, установленного на устье скважины после выкидной линии. Компенсатор 6 состоит из цилиндрического корпуса 7 с поплавком 8, погруженным в высокоплотную рабочую жидкость 9. Поплавок 8 имеет регулирующий кран 10 и соединен с полированным штоком 11, который входит в скважину через сальниковые уплотнения 12. Устройство имеет наливной 13 и сливной 14 краны, предназначенные для замены рабочей жидкости 9.
Полированный шток 11 соединен с колонной штанг 2, которые приводят в действие плунжерный насос 1. Штанги 2 находятся внутри насосно-компрессорных труб (НКТ) 15, которые расположены внутри обсадной колонны 16.
Работа установки осуществляется следующим образом.
Балансир 4 приводится в движение при помощи электродвигателя станка-качалки 3. При ходе вверх балансир 4 поднимает колонну штанг 2 и флюид, при этом всасывающей клапан плунжерного насоса 1 открывается, а нагнетательный закрывается. Происходит заполнение плунжера. В этот момент нагрузка на балансире 4 максимальна и компенсатор 6 передает энергию системе. Действие нагрузок снижается за счет выталкивающих сил, действующих на поплавок 8 со стороны жидкости 9, т.е. архимедовой силы, направленной вверх против сил тяжести. Таким образом, на балансир 4 действует меньший вес (по сравнению со штанговыми глубинными установками без компенсатора). При ходе вниз колонна штанг 2 опускается вместе с плунжером 1. При этом закрыт нижний клапан и открыт верхний, суммарная сила, действующая на дно плунжера 1 со стороны жидкости, пренебрежимо мала, т.е. суммарный вес, действующий на балансир 4, за счет этого уменьшается на величину веса флюида в НКТ 15. Поплавок 8 при этом накапливает энергию. При ходе вверх происходит подъем флюида по насосно-компрессорным трубам 15.
Плотность жидкости 9 и объем поплавка 8 подбираются из условия уравновешивания, что обеспечивает надежность работы штанговой глубинной установки и снижение ее габаритов, а также мощности электрического двигателя.
За счет наличия сливного 14 и наливного 13 кранов, предназначенных для замены рабочей жидкости 9, работу устройства можно регулировать при помощи замены на жидкость с другой плотностью. При необходимости увеличения компенсирования нагрузок необходимо рабочую жидкость 9 заменить на более плотную жидкость, при уменьшении - менее плотную. В качестве рабочей жидкости 9 используются маловязкие жидкости с целью уменьшения затрат энергии на трения.
При помощи крана 10 также можно регулировать работу компенсатора. Для снижения компенсируемой нагрузки необходимо открыть кран 10 и частично наполнить его жидкостью 9. Таким образом, использование данного компенсатора 6 позволяет регулировать и использовать его при различных режимах работы скважины, что упрощает эксплуатацию.
Зависимость компенсируемого веса от плотности флюида в скважине показана на фиг.4. и в первом приближении имеет линейную зависимость.
Ниже приведен конкретный пример технологического расчета компенсатора 6 для скважины, эксплуатируемой штанговым глубинным насосом.
Длина колонны штанг м
600
Диаметр плунжера мм
68
Диаметр штанг мм
22
Плотность скважинного флюида кг/м<sup>3</sup>
750
Глубина погружения глубинного насоса м
30
Вес погонного метра штанг Н/м
27,5
Для такого устройства необходимо
Уравновешенное усилие кН
21,1
Подбор поплавка 8 осуществляется по графику (фиг.3) в зависимости от плотности рабочей жидкости 9. Плотность рабочей жидкости 9 и объем поплавка 8 подбираются на основании расчета уравновешивающего усилия.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет уравновесить колонну штанг 2 и отбираемую жидкость и компенсировать динамические нагрузки балансира 4. Компенсатор динамических нагрузок 6 балансира 4 более удобен в эксплуатации и конструктивно более прост.