УСТЬЕВОЙ НАСОС ДЛЯ ОТКАЧКИ ГАЗА ИЗ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована в добывающих скважинах для снижения давления попутного газа в затрубном пространстве.
Известно устройство для отвода газа из затрубного пространства нефтяной скважины (патент RU №2567571, МПК Е21В 43/00, опубл. 10.11.2015 Бюл. №31), включающее цилиндр насоса для входа и выхода перекачиваемой жидкости, плунжер в цилиндре, обратные клапаны, расположенные по обе стороны цилиндра и сообщающие полость цилиндра с затрубным пространством скважины, причем плунжер в цилиндре, размещенном на дневной поверхности скважины, выполнен в виде двух поршней, соединенных штоком, проходящим через сальник цилиндра, по обе стороны которого к цилиндру через переключатель потока подведены линии для входа и выхода добываемой продукции, одна из которых соединена с выкидным коллектором скважины до разрывной задвижки в коллекторе, а другая после нее, к обоим торцам цилиндра через одну пару обратных клапанов подведены газовые линии от затрубного пространства, а через другую пару клапанов торцы цилиндра соединены с выкидным коллектором после разрывной задвижки, причем в торцах цилиндра установлены электрические контакты, соединенные с электромагнитным приводом переключателя потока.
Недостатком данного устройства является то, что в цилиндр вместе с жидкостью поступают механические примеси (кварцевый песок и/или другие минералы), выносимые из продуктивного пласта. Накапливаясь в полостях цилиндра, эти примеси нарушают нормальную работу устройства, не позволяя производить переключение поршней.
Наиболее близким по технической сущности является установка для откачки сепарированного газа из нефтяной скважины (патент на ПМ RU №184474, МПК Е21В 43/00, опубл. 29.10.2018 Бюл. №31), включающая цилиндр с двумя поршнями, соединенными со штоком, проходящим через сальник, по обе стороны которого к цилиндру через переключатель потока подведены линии для входа и выхода жидкости, две пары всасывающих и нагнетательных обратных клапанов, соединенных с полостями цилиндра с внешних сторон поршней, всасывающие клапаны которых обеспечены возможностью соединения с затрубным пространством скважины, а нагнетательные - с выкидным коллектором скважины, причем между двумя секциями разделенного цилиндра размещен дополнительный цилиндр меньшего диаметра с поршнем, соединенным с поршнями секций разделенного цилиндра штоками, проходящими через сальники, а подводящие линии от переключателя потока к цилиндру меньшего диаметра по обе стороны его поршня соединены с поверхностным насосом линиями высокого и низкого давления, полости секций разделенного цилиндра со стороны сальников соединены между собой, а также с питающей емкостью через обратный клапан, причем линия высокого давления поверхностного насоса через предохранительный клапан соединена с питающей емкостью, а линия низкого давления также соединена с питающей емкостью через обратный клапан.
Недостатком данного устройства является невозможность использования для скважин с высоким газовым фактором, так как скорость заполнения цилиндров рабочей жидкостью мала и не позволяет быстро их заполнить для перекачки больших объемов, а применение больших по объему цилиндров и поршней повышает сопротивление и инерционность, что приводит к большим потерям энергии для перемещения.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание устьевого насоса для откачки газа из скважины, позволяющего увеличить производительность насоса за счет ускорения заполнения поршней рабочей жидкостью.
Техническая задача решается устьевым насосом для откачки газа из скважины, включающем цилиндр с двумя поршнями, соединенными со штоком, проходящим через сальник, по обе стороны которого к цилиндру через переключатель потока подведены линии для входа и выхода жидкости, две пары всасывающих и нагнетательных обратных клапанов, соединенных с полостями цилиндра с внешних сторон поршней, всасывающие клапаны которых обеспечены возможностью соединения с затрубным пространством скважины, а нагнетательные - с выкидным коллектором скважины, причем между двумя секциями разделенного цилиндра размещен дополнительный цилиндр меньшего диаметра с поршнем, соединенным с поршнями секций разделенного цилиндра штоками, проходящими через сальники, а подводящие линии от переключателя потока к цилиндру меньшего диаметра по обе стороны его поршня соединены с поверхностным насосом линиями высокого и низкого давления, полости секций разделенного цилиндра со стороны сальников соединены между собой.
Новым является то, что линии дополнительного цилиндра выполнены двойными, один из входов которых в дополнительный цилиндр выполнен тангенциальным.
На фиг. 1 изображена схема насоса.
На фиг. 2 изображен чертеж в продольном разрезе вида А фиг. 1.
На фиг. 3 изображен разрез Б-Б фиг. 2.
Устьевой насос состоит из секций 1 (фиг. 1) и 2 цилиндра с поршнями 3 и 4. Между секциями 1 и 2 размещен дополнительный цилиндр 5 меньшего диаметра с поршнем 6, соединенным с поршнями 3 и 4 соответствующими штоками 7 и 8, проходящими через сальники 9 и 10. Секции 1 и 2 через всасывающие клапаны 11 и 12 соединены линией 13 с затрубным пространством скважины (не показаны), а через нагнетательные клапаны 14 и 15 линией 16 соединены с напорным коллектором (не показан) скважины. В полости цилиндра 5 по обе стороны поршня 6 подведены линии 17 и 18 от переключателя потока 19. Одновременно к переключателю потока 21 подходят линии высокого давления 20 от поверхностного насоса (не показан) и низкого давления 21 приема насоса. Обе полости секций 1 и 2 между поршнями 3 и 4 и сальниками 9 и 10 через байпасную линию 22 соединены между собой. Линии 17 и 18 дополнительного цилиндра 5 выполнены одинаковыми и двойными 17 и 17' (не показано), 18 (фиг. 2) и 18' (фиг. 3). Один из входов каждой линии 18' (и 17') в дополнительный цилиндр 5 выполнен тангенциальным. Двойные линии 17 (фиг. 1) и 17', 18 (фиг. 2) и 18' (фиг. 3) позволяют увеличить суммарную площадь поперечного сечения линий 17 (фиг. 1) и 17', 18 (фиг. 2) и 18' (фиг. 3) без увеличения габаритных размеров дополнительного цилиндра 5, что снижает сопротивление потоку жидкости от переключателя потока 19 (фиг. 1), как вращающийся поток, благодаря тангенциальному входу линии 17' и 18' (фиг. 3), который, согласно закону Бернулли, уменьшает статической давление в цилиндре 5, облегчая закачку и отток жидкости из этого цилиндра 5.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устьевого насоса, на чертежах (фиг. 1-3) не показаны или показаны условно.
Работа устьевого насоса происходит в следующей последовательности.
На фиг. 1 показано положение переключателя потока 19, при котором рабочая жидкость, нагнетаемая поверхностным насосом по линии высокого давления 20, поступает по линии 17 в дополнительный цилиндр 5 с левой стороны поршня 6. Напор рабочей жидкости заставляет поршень 6, а, следовательно, под действием штоков 7 и 8 и поршни 3 и 4 перемещаться вправо. В этот период освобождается объем секции 1 с левой стороны поршня 3 и в него, по линии 13 через обратный клапан 11 из затрубного пространства скважины будет поступать газ, снижая давление в затрубном пространстве. Одновременно из секции 2 в коллектор скважины через обратный клапан 14 с правой стороны поршня 4 по линии 16 будет нагнетаться газ, поступивший из затрубного пространства скважины в предыдущий цикл положения переключателя потока 19. В этот же период из полости секции 1 между поршнем 3 и сальником 9 будет вытесняться газ через байпасную линию 22 в полость секции 2 между поршнем 4 и сальником 10, а жидкость из дополнительного цилиндра 5 с правой стороны от поршня 6 будет через переключатель потока 19 и линию низкого давления 21 выдавливаться на прием насоса. После того, как поршни 3 и 4 достигнут крайнего правого положения срабатывает контакт электромагнита (на фиг. 1 не показан) переключателя потока 19 и переключают его на подачу жидкости по линии 18 в цилиндр 5 справа от поршня 6. Возросшее давление жидкости в полости цилиндра 5 справа от поршня 6 заставит всю поршневую группу 6, 3 и 4 перемещаться влево. В этот период газ из секции 1 через обратный клапан 15 будет нагнетаться в коллектор по линии 16. Одновременно в освобождающуюся полость секции 2 справа от поршня 4 через клапан 12 по линии 13 будет поступать газ из затрубного пространства скважины. Газ в этом цикле из полости секции 2 слева от поршня 4 будет вытесняться через байпасную линию 22 с полость секции 1 справа от поршня 3. При достижении поршневой группы крайнего левого положения переключатель потока 19 опять меняет линии нагнетания 18 и 17. Далее циклы повторяются.
Использование двойных линий 17 и 17', 18 (фиг. 2) и 18' (фиг. 3) с тангенциальным входом 18' (и 17') позволяет, как показала практика, увеличить скорость закачки жидкости в дополнительный цилиндр 5 в 2,5 - 3 раза, то есть пропорционально увеличивает скорость перемежения поршней 3 (фиг. 1), 4 и 6 и производительность насоса, и позволяет использовать небольшие по габаритам секции 1 и 2 и дополнительный цилиндр 5 для откачки больших объемов газа из затрубья скважины. Это в совокупности расширяет функциональные возможности, снижает также металлоемкость и стоимость, а также повышает мобильность (облегчает доставку к устью скважины и установку) устьевого насоса.
Предлагаемый устьевой насос для откачки газа из скважины позволяет увеличить производительность насоса за счет ускорения заполнения поршней рабочей жидкостью.