СКВАЖИННАЯ ПЛУНЖЕРНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для подъема скважинной жидкости на поверхность.
Известна «Скважинная насосная установка» (патент RU №2314434, F04B 47/02, опубл. 10.01.2006 г. Бюл. №1), содержащая установленный в скважине штанговый насос, насосно-компрессорные трубы и устьевой сальник, отличающаяся тем, что она снабжена противофазным устройством, выполненным в виде цилиндра, связанного с нижней частью устьевого сальника, размещенного в полости насосно-компрессорных труб и установленного в нем поршня, связанного со штанговой колонной и канатной подвеской, при этом поршень имеет длину, обеспечивающую постоянное герметичное сопряжение с цилиндром и в случае его обрыва, а диаметры цилиндра и поршня противофазного устройства выполнены равными диаметрам корпуса и плунжера штангового насоса для обеспечения равенства объемов вытесняемой жидкости при рабочих ходах установки.
Недостатками установки являются высокая стоимость, низкие функциональные возможности в связи жестким с ограничениями по минимальным диаметру насоса и его клапанов (и как следствие, по диаметру скважины), кривизне скважины, по вязкости продукции скважины и пескопроявлению пласта из-за необходимости наличия внутри колонны труб по всей их длине штанг для передачи от привода плунжеру возвратно-поступательного перемещения, что также влияет на выделение парафинов и роста связанных с ними нагрузок на привод и, как следствие, снижению коэффициента полезного действия (КПД) всей насосной установки.
Наиболее близкой к предлагаемой является «Скважинная плунжерная насосная установка» (патент RU №84478, F04B 47/02, опубл. 10.07.2009 г. Бюл. №20), включающая установленный в скважине плунжерный насос с всасывающим и нагнетательным клапанами и со штангами, соединенными с плунжером, лифтовые трубы, соединенные с цилиндром насоса, устьевой сальник, размещенный на устье скважины, и привод скважинного насоса, при этом штанги расположены снизу плунжера и оснащены якорным узлом, выполненным с возможностью фиксации относительно стенок скважины, а лифтовые трубы соединены с приводом и выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения, причем сальниковое устройство выполнено с возможностью герметизации лифтовых труб, которые дополнительно оснащены выше сальникового устройства сливным патрубком, при их возвратно-поступательном перемещении.
Недостатками этой установки являются необходимость двух спускоподъемных операций для фиксации установки в скважине, что увеличивает стоимость и усложняет использование установки, большие радиальные биения цилиндра при работе в скважине, что может привести к искривлению штанг и выходу установки из строя.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание надежной и более экономичной насосной установки за счет центрирования цилиндра относительно скважины и фиксации установки за одну спускоподъемную операцию.
Техническая задача решается скважинной плунжерной насосной установкой, включающей установленный в скважине плунжерный насос с всасывающим и нагнетательным клапанами и со штангами, соединенными с полым плунжером, лифтовые трубы со сливным патрубком, соединенные с цилиндром насоса и устьевым приводом, устьевой сальник, размещенный на устье скважины и выполненный с возможностью герметизации лифтовых труб ниже сливного патрубка, при этом штанги расположены снизу плунжера и оснащены якорным узлом, выполненным с возможностью фиксации относительно стенок скважины.
Новым является то, что цилиндр снаружи оснащен центраторами и всасывающим клапаном, расположенным снизу, а снизу изнутри - уплотнительными кольцами для герметизации штанг, выполненных цельными, при этом полость плунжера ниже нагнетательного клапана сообщена каналом с подплунжерным пространством цилиндра, а штанги вставлены в якорный узел с возможностью ограниченного продольного перемещения или поворота.
На чертеже изображена схема насосной установки в продольном разрезе.
Скважинная плунжерная насосная установка, включающая установленный в скважине 1 плунжерный насос 2 с всасывающим 3 и нагнетательным 4 клапанами и со штангами 5, соединенными с полым плунжером 6, лифтовые трубы 7 со сливным патрубком 8, соединенные с цилиндром 9 насоса 2 и через тягу 10 с устьевым приводом (например, станок-качалка, цепной привод или гидравлический привод - на черт. не показан), устьевой сальник 11, размещенный на устье скважины 1 и выполненный с возможностью герметизации лифтовых труб 7 ниже сливного патрубка 8. Штанги 5 расположены снизу плунжера 6 и оснащены якорным узлом 12, выполненным с возможностью фиксации плашками 13 относительно стенок скважины 1. Цилиндр 9 снаружи оснащен центраторами 14 и всасывающим клапаном 3, расположенным снизу, а снизу изнутри - уплотнительными кольцами 15 для герметизации штанг 5, выполненных цельными для увеличения объема подплунжерного пространства 16 цилиндра 9. Полость 17 плунжера 6 ниже нагнетательного клапана 4 сообщена каналом 18 с подплунжерным пространством 16 цилиндра 9. Штанги 5 вставлены в якорный узел 12 с возможностью ограниченного продольного перемещения и/или поворота. Якорный узел 10 может быть использован любых известных конструкций (например: как якорные узлы, используемые в патентах ПМ №52909, 64682 и т.п.).
Технологические соединения и уплотнения, не влияющие на описание работы насосной установки, на чертеже не показаны.
Скважинная плунжерная насосная установка работает следующим образом.
Якорный узел 12 фиксируют на штангах 5 на поверхности и спускают на лифтовой колонне 7 в требуемый интервал скважины 1 соединенным с плунжерным насосом 2 муфтой 19. После чего его плашки 13 фиксируют относительно стенок скважины 1 поворотом с устья (для чего плунжер 6 фиксируется срезными элементами относительно цилиндра 9 - на черт. не показано), разгрузкой лифтовой колонны 7 или ее подтягиванием вверх с фиксацией плашек 13 в рабочем положении. Установка якорного узла 12 и фиксация насосной установки в скважине 1 происходит за один спускоподъем.
При спуске скважинная жидкость через клапаны 3 и 4 заполняет плунжер 6, цилиндр 9 насоса 2 и лифтовую колонну 7.
Затем напротив сальникового устройства 11 размещают участок лифтовой колонны 7 с полированной поверхностью 20 для уменьшения трения и быстрого выхода из строя сальникового устройства 11. В сальниковое устройство 11 вставляют уплотнительные кольца 21, которые поджимают для лучшей герметизации лифтовой колонны 7 упором 22. Выше сальникового устройства 11 с лифтовой колонной 7 герметично соединят патрубок 8, который подвижным соединением или гибким шлангом (на черт. не показаны) соединяют с трубопроводом (на черт. не показан) для отвода скважинной жидкости. Лифтовую колонну 7 сверху тягой 10 соединяют с приводом.
Причем для исключения выпадения плунжера 6 и для герметизации штанг 5 при спуске из цилиндра 9, он оборудован снизу ограничителем 23 с уплотнительными кольцами 15.
После чего привод запускают в работу, и он посредством тяги 10 передает возвратно-поступательное движение лифтовой колонне 7 и цилиндру 9 насоса 2. Так как шток 5 и плунжер 6 зафиксированы якорным узлом 12 относительно стенок скважины 1, они остаются неподвижными. При ходе лифтовой колонны 7 вниз всасывающий клапан 3 закрывается, скважинная жидкость, находящая в подплунжерном пространстве 16 цилиндра 9, через канал 18 полость 17 и нагнетательный клапан 4 плунжера 6 выдавливается в надплунжерную полость 24 цилиндра 9 и лифтовую колонну 7. При ходе лифтовой колонны 7 вверх нагнетательный клапан 4 под действием столба жидкости в лифтовой колонне 7 закрывается, а всасывающий клапан 3 под действием разряжения возникающего в подплунжерном пространстве 16 цилиндра 9 открывается и скважинная жидкость через всасывающий клапан 3 поступает подплунжерное пространство 16 цилиндра 9. Далее циклы повторяются, и в результате скважинная жидкость поднимается по лифтовой колонне 7 на поверхность скважины 1, откуда она через патрубок 8 в трубопровод. При этом центраторы 14 исключают сильное радиальное биение цилиндра 9 в скважине 1, что не позволяет загибаться штангам 5 и выходить насосной установки из строя.
Извлекают насосную установке при помощи колонны труб 7, которые поворачивают, тянут или разгружают с усилием, достаточным для освобождения плашек 13 якорного узла 12, после чего насосную установку достают из скважины 1.
Предлагаемая скважинная плунжерная насосная установка надежна и более экономична за счет центрирования цилиндра относительно скважины при работе и фиксации установки за одну спускоподъемную операцию.