СКВАЖИННАЯ ГИДРОШТАНГОВАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности - к установкам для добычи нефти с применением гидроштангового насоса.
Известна полезная модель установка для добычи нефти (патент № 43303, RU, Е21 В43/00, опубл. 10.01.2005), содержащая насосно-компрессорные трубы, пакер, нижний и верхний обратные клапаны, запорную арматуру, систему трубопроводов, дроссельное устройство, насос и емкость. При этом нижняя насосно-компрессорная труба перфорирована и находится между верхним и нижним обратными клапанами, а верхняя насосно-компрессорная труба через задвижку соединена с системой сбора нефти. Вход в дроссельное устройство через задвижку сообщен с затрубным пространством скважины, а его выход - с верхним штуцером емкости, всасывающий патрубок насоса через задвижку соединен с нижним штуцером емкости, а нагнетательный патрубок насоса через задвижку соединен с затрубным пространством скважины.
Недостатком данной установки является то, что рабочий агент закачивается через затрубное пространство, поскольку циклическое воздействие высокого давления агента будет неблагоприятно влиять на состояние эксплуатационной колонны.
Известна полезная модель гидроштанговая скважинная насосная установка» (патент № 59164, RU, F04B 47/04, опубл. 10.12.2006), содержащая подъемную колонну из насосно-компрессорных труб, скважинный насос с всасывающими и нагнетательный клапаны, а также двумя насосными цилиндрами и двумя плунжерами, соединенными между собой через полый шток, груз и гидравлический привод, выполненный в виде силового насоса подключенного к гидравлической линии. При этом установка снабжена муфтой перекрестного сечения, устанавливаемой между скважинным насосом и колонной насосно-компрессорных труб, которая имеет каналы, по одним из которых пластовая жидкость поступает с выкида скважинного насоса в затрубное пространство, а по другим рабочая жидкость из колонны насосно-компрессорных труб подается в кольцевое пространство между скважинным насосом и кожухом.
Недостатком устройства по патенту РФ № 59164 является отсутствие возможности промывки скважинного насоса для очистки от асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО) или механических примесей. Кроме того, ввиду особенностей конструкции известной установки, газ из подпакерного пространства будет напрямую попадать на вход скважинного насоса, что может оказывать отрицательное влияние на его работоспособность.
Известно так же изобретение скважинная гидронасосная установка (патент № 2107188, RU, F04B 47/04, опубл. 20.03.1998), содержащая две концентрично расположенные колонны насосно-компрессорных труб, гидравлический привод, выполненный в виде силового насоса, подключенного к кольцевому пространству между колоннами, а также установленный в подъемных трубах погружной агрегат, включающий корпус с отверстием, всасывающий и нагнетательный клапаны, два цилиндра разных диаметров и два плунжера, связанных полым штоком. При этом пространства внутри колонн разобщены, а к плунжерам присоединен груз, для выравнивания гидростатического давления во внутренней трубе с гидростатическим давлением в кольцевом пространстве.
Недостатком устройства по патенту РФ № 2107188 является низкая эффективность его работы, поскольку подъем жидкости осуществляется только в такте стравливания давления из кольцевого пространства. Кроме того, в известном устройстве ограничено число двойных ходов в единицу времени, так как скорость перемещения плунжера зависит от веса присоединенного к нему груза и не может быть изменена.
Устройство по патенту РФ № 2107188 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принято за прототип.
Технической задачей заявленной полезной модели является повышение эффективности работы установки.
Технический результат, благодаря которому решается указанная задача, заключается в обеспечении в заявляемой установке возможности непрерывной подачи добываемой жидкости на устье.
Указанный технический результат достигается предлагаемой скважинной гидроштанговой установкой, включающей две концентрично расположенные колонны труб большего и меньшего диаметров, и погружной агрегат, содержащий цилиндр, плунжер, всасывающие и нагнетательные клапаны, при этом новым является то, что плунжер и цилиндр погружного агрегата выполнены ступенчатыми, каждый из трех секций, причем верхняя, средняя и нижняя секции плунжера выполнены с возможностью обеспечения сопряжения с верхней, средней и нижней секциями цилиндра соответственно, верхняя и нижняя секции плунжера выполнены полыми, а диаметр верхней и нижней секций плунжера меньше диаметра средней секции плунжера, при этом плунжер установлен в цилиндре с возможностью образования в средней части цилиндра отделенных средней секцией плунжера друг от друга верхней и нижней камер, выполненных с возможностью изменения своего объема при возвратно-поступательном движении плунжера, верхняя и нижняя секции плунжера снабжены нагнетательными клапанами, а верхняя и нижняя камеры - всасывающими клапанами, причем полость верхней секции плунжера гидравлически сообщена с полостью колонны труб меньшего диаметра, а полость нижней секции плунжера гидравлически сообщена с полостью колонны труб большего диаметра.
Полость колонн труб большего и меньшего диаметров выполнена с возможностью гидравлического соединения с устьевым распределительным узлом.
Устьевой распределительный узел снабжен приводом.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в предлагаемой установке закачка рабочего агента и подъем добываемой жидкости производится с попеременным чередованием по каждой из колонн труб. Для обеспечения данной возможности в погружном агрегате, входящем в конструкцию установки, применяются ступенчатый плунжер и ступенчатый цилиндр (под ними понимаются плунжер и цилиндр с изменяющимся диаметром: http://aipe-nv.ru/student/stodent_news/virtoalnye_laboratornye_raboty/lab/lab30/mtd.htm), каждый из которых состоит из трех секций.
При этом верхняя, средняя и нижняя секции плунжера выполнены с возможностью обеспечения сопряжения с верхней, средней и нижней секциями цилиндра соответственно, верхняя и нижняя секции плунжера выполнены полыми, а диаметр верхней и нижней секций плунжера меньше диаметра средней секции плунжера. Камеры в цилиндре выполнены с возможностью изменения своего объема при возвратно-поступательном движении плунжера.
Каждая из камер цилиндра гидравлически сообщена с пластом через всасывающие клапаны, при этом через нагнетательный клапан, которым снабжены верхняя и нижняя секции плунжера, одна из камер гидравлически сообщена с внутренней колонной труб меньшего диаметра, а вторая - с колонной труб большего диаметра, что позволяет попеременно производить отбор пластовой жидкости по каждой из колонн труб. Благодаря гидравлическому сообщению колонн труб с одной из секций плунжера (верхней или нижней) так же обеспечивается возможность попеременного изменения направления движения плунжера под действием закачиваемого рабочего агента при эксплуатации заявляемой установки.
Кроме того, привод, применяемый при промысловом использовании предлагаемой установки, выполнен с возможностью попеременного сообщения с каждой из колонн труб через устьевой распределительный узел. В качестве привода может быть использован, например, силовой насос.
Следует подчеркнуть, что указанная совокупность признаков в формуле находится в конструктивном единстве для предлагаемого технического решения, и исключение хотя бы одного из них нарушит это единство, т.к. представляет собой один объект в виде единой конструкции, конструктивные элементы которой соединены, сочленены между собой и в соединении обеспечивают реализацию предлагаемой установкой общего функционального назначения при эксплуатации, т.е. добычу нефти.
Таким образом, предлагаемая полезная модель характеризуется совокупностью взаимообусловленных признаков, которые все участвуют в обеспечении достижения технического результата, т.к. этот результат проявляется только при использовании этого технического решения в целом.
Предлагаемая установка иллюстрируется чертежом, на котором представлена ее принципиальная схема.
Предлагаемая скважинная гидроштанговая установка содержит концентрично установленные колонну труб 1 большего диаметра и колонну труб 2 меньшего диаметра, и соединенный с указанными трубами погружной агрегат. Погружной агрегат содержит корпус 3 (соединен с колонной труб 1, при этом корпус 3 может быть также выполнен заодно с трубой большего диаметра), а также ступенчатый цилиндр и ступенчатый плунжер. Указанный плунжер состоит из верхней 4, средней 5 и нижней 6 секций, а указанный цилиндр содержит верхнюю 7, среднюю 8 и нижнюю 9 секции. Причем верхняя 4, средняя 5 и нижняя 6 секции плунжера выполнены с возможностью обеспечения сопряжения с верхней 7, средней 8 и нижней 9 секциями цилиндра соответственно. Верхняя 7 и нижняя 9 секции цилиндра снабжены верхним 10 и нижним 11 всасывающими клапанами соответственно. А верхняя 4 и нижняя 6 секции плунжера снабжены верхним 12 и нижним 13 нагнетательными клапанами соответственно. Верхняя секция 7 цилиндра соединена с колонной труб 2.
Диаметр средней секции 5 плунжера больше диаметра нижней 6 и верхней 4 секций. Средняя секция плунжера 5 обеспечивает разделение указанных верхней 4 и нижней 6 секций плунжера друг от друга и выполнена с возможностью обеспечения радиального контакта (сопряжения) со средней секцией 8 цилиндра. При возвратно-поступательном движении верхняя 4, средняя 5 и нижняя 6 секции плунжера плотно скользят по внутренней поверхности верхней 7, средней 8 и нижней 9 секций цилиндра соответственно, образуя герметичное соединение.
Средняя секция 8 цилиндра разделена средней секцией 5 плунжера на две камеры. Верхняя 14 и нижняя 15 камеры цилиндра сообщены с пластом (на фиг. не показан) через верхний 10 и нижний 11 всасывающие клапаны соответственно.
Верхняя 4 и нижняя 6 секции плунжера содержат внутренние полые каналы 16 и 17 соответственно, в которых установлены верхний 12 и нижний 13 нагнетательные клапаны, через которые они сообщены с верхней 14 и нижней 15 камерами соответственно. Канал 16 гидравлически сообщен с колонной труб 2 меньшего диаметра, а канал 17 по каналу, образованному между корпусом 3 погружного агрегата и верхней 7, средней 8, нижней 9 секций цилиндра, гидравлически сообщен с колонной труб большего диаметра 1.
Колонны труб большего 1 и меньшего 2 диаметров выполнены с возможностью гидравлического соединения с устьевым распределительным узлом 18, снабженным приводом 19. Устьевой распределительный узел 18 обеспечивает возможность закачки рабочего агента приводом 19 в колонну труб большего 1 или меньшего 2 диаметра, а так же перенаправления добываемой жидкости и рабочего агента из указанных труб в сборный коллектор (на чертеже не показан).
Предлагаемая установка работает следующим образом.
После монтажа установки в скважине скважинная жидкость через верхний всасывающий клапан 10, верхнюю камеру 14 средней секции 5 цилиндра, верхний нагнетательный клапан 12, внутренний канал 16 верхней секции 4 плунжера попадает во внутреннюю полость колонны труб меньшего диаметра 2, а через нижний всасывающий клапан 11, нижнюю камеру 15 средней секции цилиндра 5, нижний нагнетательный клапан 13, внутренний канал 17 нижней секции 6 плунжера, по каналу, образованному между корпусом 3 погружного агрегата и верхней 7, средней 8, нижней 9 секций цилиндра, во внутреннюю полость колонны труб большего диаметра 1. После этого производится запуск привода 19 и организуется закачка рабочего агента под избыточным давлением через устьевой распределительный узел 18 в колонну труб большего диаметра 1. Закачиваемый агент воздействует на объем скважинной жидкости, находящийся в колонне труб 1 большего диаметра. Вытесняемая через колонну труб большего диаметра 1, внутренний канал корпуса 3 агрегата, внутренний канал 17 нижней секции 6 плунжера скважинная жидкость при достижении необходимой величины давления закрывает нижний нагнетательный клапан 13, воздействует на нижнюю секцию 6 плунжера и перемещает верхнюю 4, среднюю 5 и нижнюю 6 секции плунжера вверх относительно верхней 7, средней 8 и нижней 9 секций цилиндра соответственно. При этом при перемещении вверх средней 5 секции плунжера происходит увеличение объема нижней камеры 15 центральной секции 8 цилиндра, в которой образуется разряжение. В результате чего открывается нижний всасывающий клапан 11, через который скважинная жидкость поступает в нижнюю камеру 15 центральной секции 8 цилиндра. Одновременно при перемещении вверх средней 5 секции плунжера происходит уменьшение объема верхней камеры 14, в которой создается избыточное давление, в результате чего закрывается верхний всасывающий клапан 10, а скважинная жидкость из верхней камеры 14 средней секции 8 цилиндра через открывающийся верхний нагнетательный клапан 12, внутренний канал 16 верхней секции 4 плунжера вытесняется во внутреннюю полость колонны труб 2 меньшего диаметра.
После этого производится переключение распределительного узла 18. При этом закачка рабочего агента под избыточным давлением приводом 19 через устьевой распределительный узел 18 производится в колонну труб 2 меньшего диаметра. Закачиваемый агент воздействует на объем скважинной жидкости, находящийся в колонне труб 2 меньшего диаметра. Вытесняемая через колонну труб 2 меньшего диаметра, внутренний канал 16 верхней секции 4 плунжера скважинная жидкость, при достижении необходимой величины давления, закрывает верхний нагнетательный клапан 12, воздействует на верхнюю секцию 4 плунжера и перемещает верхнюю 4, среднюю 5 и нижнюю 6 секции плунжера вниз относительно верхней 7, средней 8 и нижней 9 секций цилиндра соответственно. При этом при перемещении вниз средней секции 5 плунжера, происходит увеличение объема верхней камеры 14 средней секции 8 цилиндра, в которой образуется разряжение, в результате чего открывается верхний всасывающий клапан 10, через который скважинная жидкость поступает в верхнюю камеру 14. Одновременно при перемещении вниз средней секции 5 плунжера происходит уменьшение объема нижней камеры 15 средней секции 8 цилиндра, в которой создается избыточное давление, в результате чего закрывается нижний всасывающий клапан 11, а скважинная жидкость из нижней камеры 15 средней секции 8 цилиндра через открывающийся нижний нагнетательный клапан 13, внутренний канал 17 нижней секции 6 плунжера, по каналу, образованному между корпусом 3 погружного агрегата и верхней 7, средней 8, нижней 9 секций цилиндра, вытесняется в колонну труб большего диаметра 1. После этого цикл повторяется.
За счет большей площади средней секции 5 плунжера, по сравнению с площадью нижней 6 и верхней 4 секций плунжера, объем скважинной жидкости, вытесняемый из колонн труб большего 1 или меньшего 2 диаметра за каждый цикл всегда больше объема закачиваемого в трубы агента, в результате чего после каждого переключения распределительного узла 18 на устье всегда будет наблюдаться приращение объема добываемой скважинной жидкости, поступающей из колонн труб большего 1 или меньшего 2 диаметра. При этом добываемая скважинная жидкость и рабочий агент, вытесняемые из колонн труб большего 1 и меньшего 2 диаметра за каждый цикл, через устьевой распределительный узел 18 поступают в сборный коллектор.
Таким образом, повышена эффективность предлагаемой скважинной гидроштанговой установки за счет реализации непрерывной подачи добываемой скважинной жидкости на устье по внутренним каналам труб большего 1 и меньшего 2 диаметров клапана.