ПОДВЕСНОЙ КОМПРЕССОР ДЛЯ ОТКАЧКИ ГАЗА ИЗ ЗАТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ

Предлагаемая полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована для увеличения дебита скважины, оборудованной штанговым насосом.
Для борьбы с вредным влиянием свободного газа на приеме штангового насоса применяются газовые якори, отводящие газ в затрубное пространство скважины (Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. М., Недра, 1979. - с. 142-162).
Однако, скопление газа в затрубном пространстве приводит к отжиму динамического уровня вплоть до приема насоса, снижению притока нефти к забою за счет уменьшения депрессии на пласт, а в конечном итоге - к срыву подачи штангового насоса.
Известна установка штангового нефтяного насоса (патент РФ №49923 на полезную модель, заявл. 11.07.2005, опубл. 10.12.2005, БИ №34), включающая дополнительный цилиндр с проточным плунжером, по обе стороны которого в основаниях муфт выполнены обратные клапаны со сферическими запорными элементами, позволяющими перепускать газ из затрубного пространства в колонну насосно-компрессорных труб. На манифольдной линии скважины устанавливается обратный клапан. При ходе штанговой колонны и проточного плунжера вверх его клапан закрывается и в подплунжерной зоне образуется некоторое снижение давления, благодаря которому в эту зону вместе с откачиваемой нефтью будет поступать газ из затрубного пространства через нижнюю муфту. При ходе плунжера вниз в надплунжерной зоне частично снизится давление и в эту зону при открытом клапане дополнительного плунжера будут поступать нефть из подплунжерной зоны и газ из затрубного пространства.
Установка обладает недостатком, который заключается в возникновении значительных гидравлических сопротивлений в момент хода колонны штанг вниз при добыче нефти повышенной вязкости. Верхние отверстия в проточном плунжере для жидкости при соединении со штангой будут иметь недостаточные сечения для пропуска вязкой среды и существенно увеличивать сопротивления движению штанг вниз. В итоге может произойти так называемое «зависание» колонны штанг и установка потеряет работоспособность.
Известна также установка скважинного штангового насоса, включающая дополнительный цилиндр с проточным плунжером и уплотнительными элементами, газоперепускные клапаны, расположенные по обе стороны дополнительного цилиндра в основаниях муфт, рабочий манифольд с обратным клапаном (патент РФ №122453 на полезную модель, заявл. 24.04.2012, опубл. 27.11.2012, БИ №33). Проточный плунжер большего в сравнении с глубинным насосом диаметра выполнен ступенчатой формы с центральным каналом, переходящим в два радиальных канала, сообщенные с полостью насосно-компрессорных труб, причем, в центральном канале размещен сферический запорный элемент с посадочным седлом. Разница в диаметрах проходного и глубинного плунжеров создает в подплунжерной зоне цилиндра условия снижения давления, благодаря чему из затрубного пространства через клапаны будет поступать некоторое количество газа.
Недостатком установки является высокое сопротивление движению жидкости через вертикальный канал проточного плунжера с клапаном и входные и выходные горизонтальные каналы. Поэтому добыча нефти повышенной вязкости будет связана с большими осложнениями.
Кроме того, для спуска дополнительного цилиндра с проточным плунжером в НКТ необходимо произвести подземный ремонт скважины.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является подвесной компрессор к станку-качалке нефтяной скважины (патент RU №162632 U1/. Заявл. 18.11.2015. Опубл. 20.06.2016. Компрессор включает в себя приклепленные к балансиру станка-качалке и его опоре шарниры цилиндра и штока поршня, трубопроводы, связывающие затрубное пространство скважины и коллектор с цилиндром компрессора через всасывающий и нагнетательный клапаны. Между цилиндром компрессора и штоком выполнен зазор, наполненный маслом и образующим гидрозатвор. В такте всасывания газа из затрубного пространства скважины масло вытесняется из зазора в цилиндр, а в такте вытеснения газа масло под давлением входит в этот зазор. Присутствие гидрозатвора увеличивает степень сжатия компрессора и эффективность его работы.
Однако, подвесой компрессор, выбранный в качестве прототипа, обладает недостатком, состоящим в ослаблении наземного привода штангового насоса из-за необходимости установки конструкций (шарнирных соединений) компрессора на самом балансире и его стойке с помощью сварочных работ. Сварные конструкции ослабевают механическую прочность балансира и его стойки. В процессе эксплуатации скважины возникает необходимость изменения режима работы станка-качалки путем изменения числа качаний или длины хода полированного штока штанговой установки. В этой связи потребуется переустановить шарниры компрессора на новые места на балансире или его стойке. Однако, срезка сварочных швов шарниров на балансире и стойке, а также наложение новых швов при переустановке компрессора приведет к еще большему ослаблению конструкции балансира станка-качалки привода штангового насоса и возникновению аварийных ситуаций наземного оборудования.
Кроме того, заполнение напорной полости цилиндра компрессора маслом приводят к повышенным его утечкам через уплотнение в такте нагнетания газа в коллектор из-за роста давления в полости цилиндра.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение надежности работы компрессора и наземного привода штангового насоса.
Новизна технического решения задачи состоит в том, что в известном подвесном компрессоре, включающем цилиндр, частично заполненный жидкостью и поршень со штоком, шарнирно закрепленные соответственно к балансиру и стойке станка-качалки, всасывающий и напорный газопроводы с клапанами, подведенными к цилиндру компрессора, согласно полезной модели, шарнир цилиндра компрессора закреплен к основанию стойки, а штока поршня - к балансиру станка-качалки с помощью съемных хомутов, причем полость цилиндра, заполненная жидкостью, расположена над верхней стороной поршня и сообщена с атмосферой.
На рисунке показана схема установки.
Станок-качалка привода штангового насоса включает в себя стойку 1 с установленной на нем шарнирно балансире 2 с головкой 3. Колонна штанг 4 соединена с головкой 3 балансира 2 с помощью канатной подвески 5. Привод балансира 2 станка-качалки осуществляется электродвигателем 6 через редуктор 7, кривошип 8 и шатун 9. Кривошип 8 сочленен с грузами 10, уравновешивающими вес штанг и жидкости в колонне насосно-компрессорных труб (на рисунке не показано).
К заднему плечу балансира 2 станка-качалки (относительно его оси вращения) с помощью съемных хомутов 11 и шарнира 12 закреплен шток 13, соединенный с поршнем 14, входящим герметично в цилиндр 15 подвесного компрессора. Нижняя часть цилиндра 15 с помощь шарнира 16 соединена с основанием стойки 1, расположенной непосредственно на фундаменте 17. В верхнем торце цилиндра 15 выполнен центратор 18 штока 13, а полость под поршнем 14 в цилиндре 15 заполнена маслом 19.
К нижней части цилиндра 15 подходят газопроводы 20 и 21, соединяющие цилиндр соответственно с затрубным пространством скважины 22 и выкидным коллектором 23. На газопроводах 20 и 21 в непосредственной близости к цилиндру 15 подвесного компрессора установлены обратные клапаны 24 и 25.
Работа установки состоит в следующем. Шарниры 16 и 12 своими опорами устанавливаются на основании стойки и заднем плече балансира станка-качалки 2. При движении заднего плеча балансира вверх поршень 14 освобождает пространство в цилиндре 15 компрессора, благодаря чему в цилиндре 15 снижается давление и в него поступает газ из затрубного пространства скважины 22 по газапроводу 20 через всасывающий клапан 24. Масло 19, частично заполняющее цилиндр 15 компрессора над поршнем 14, также движется вверх, герметизируя пару трения и смазывая трущиеся поверхности компрессора. В конце этого хода уровень масла дойдет до верхнего торца цилиндра компрессора. Некоторые излишки объема масла, которые могут заполнить цилиндр при начальном наливе при этом вытеснятся наружу.
При движении заднего плеча балансира станка-качалки вниз вошедший в цилидр 15 компрессора газ будет вытесняться в напорный газапровод 21 через нагнетательный клапан 25.
Компрессор устанавливается таким образом, чтобы в конце хода заднего плеча балансира вниз торец поршня 14 точно подошел к внутреннему торцу цилиндра 15. Наличие центратора 18 на верхнем торце цилиндра 15 повышает устойчивость штока 13 при его ходе вверх. При этом центратор обеспечивает свободное сообщение полости цилиндра 15 над поршнем 14 с атмосферой.
Работа компрессора постепенно снижает давление газа в затрубном пространстве скважины, увеличивает депрессию на пласт и дебит скважины.
Технико-экономическим преимуществом компрессора является возможность установки цилиндра с плунжером на станке-качалке без проведения сварочных работ. Кроме того, нахождение масла в цилиндре насоса под атмосферным давлением в значительной мере снижает утечки масла через трущуюся пару компрессора.