ШТАНГОВАЯ ГЛУБИННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к технике механизированной добычи нефти, а именно к скважинным штанговым глубинно насосным установкам и может быть использована при добыче вязких, высоковязких и легких нефтей в вертикальных, наклонно-направленных (с углом наклона от 0 до 90 градусов) и горизонтальных скважинах.
Наиболее распространенным оборудованием для добычи жидкости из нефтяных скважин являются штанговые глубинные насосы (ШГН).
Известны скважинные штанговые насосы, предназначенные для откачки нефти с сопутствующей водой, газом и механическими примесями из недр земли, комплектующиеся одинарными клапанными узлами с седлами и плунжером (Нефтепромысловое оборудование: Справочник. / под ред. Е.И. Бухаленко - 2-е издание, переработ. и доп. - М. Недра, 1990 - 559 с., с. 77 (насос типа НВ1Б)). Что касается штанговых насосных установок, которые можно использовать для добычи высоковязких нефтей, а также в скважинах с отклонением от вертикали от 0 до 90 градусов, в том числе горизонтальных, то известны следующие:
1. Глубинный штанговый насос (патент РФ 2233995 на изобретение, авторы Ибрагимов Н.Г. и др., опубликовано 10.08.2004), содержащий цилиндр со всасывающим клапаном и плунжер с нагнетательным клапаном. Всасывающий и нагнетательный клапана состоят из корпуса, выполненного полым, шарика, седла и седло держателя. Корпус нагнетательного клапана снабжен толкателем, установленным с возможностью взаимодействия с шариком этого клапана. Но при добычи нефти с высокой вязкостью или при большом зенитном угле в интервале спуска насоса, возможно зависание (залипание) клапанных пар и нарушение работоспособности установки. Можно допустить работу нагнетательного клапана за счет его динамического, возвратно-поступательного режима работы. Основной причиной является «зависание» нижнего, всасывающего клапана, в виду его статического положения.
2. Глубинный штанговый насос (патент RU 157506 U1) содержит цилиндр со всасывающим клапаном и плунжер с нагнетательным клапаном. Всасывающий и нагнетательный клапана состоят из корпуса, выполненного полым, шарика, седла и седло держателя. Корпус нагнетательного клапана снабжен толкателем, установленным с возможностью взаимодействия с шариком этого клапана. На взаимодействующем с шариком конце толкателя выполнен цилиндрический выступ. На корпусе всасывающего клапана выполнено соосное сквозное отверстие, снабженное подпружиненным пружиной сжатия толкателем, выполненным и расположенным аналогично толкателю, установленному на корпусе нагнетательного клапана.
3. Глубинный штанговый насос (патент RU 157453 U1) содержит цилиндр со всасывающим клапаном и плунжер с нагнетательным клапаном. Всасывающий и нагнетательный клапана состоят из корпуса, выполненного полым, шарика, седла и седлодержателя. Корпус нагнетательного клапана снабжен толкателем, установленным с возможностью взаимодействия с шариком этого клапана. Корпуса всасывающего и нагнетательного клапанов снабжены полым цилиндром, содержащем на одном конце и на наружной боковой стенке неподвижно закрепленный кольцевой выступ.
А также кольцевой шариковый клапан (патент RU 76693 U1), который содержит корпус с седлом, шарик, расположенный в ступенчатом проходном канале и пружину, взаимодействующую через кольцевой опорный элемент с шариком, который используется в качестве клапанной пары штангового насоса.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является кольцевой шариковый клапан (патент RU 76693 U1) и глубинные штанговые насосы (патент RU 157453 U1 и патент RU 157506 U1), схожие по своей конструкции.
Недостатками вышеперечисленных изобретений является удорожание конструкции насосных установок, использующихся в серийных производствах, а также снижение надежности установок ввиду наличия дополнительных конструктивных элементов, что может привести к преждевременной потери работоспособности установки, из-за малого размера составляющих, например пружинный механизм нагнетательного или всасывающего клапанов.
Технической задачей полезной модели является удешевление конструкции штанговой насосной установки при добыче нефти с высокой вязкостью, а также при эксплуатации в скважинах с углом наклона в интервале спуска насосной установки от 0 до 90 градусов и повышение ее надежности и работоспособности.
Поставленная техническая задача решается тем, что ниже штангового насоса устанавливается обратный пружинный тарельчатый клапан, который крепится непосредственно к колонне насосно-компрессорных труб, тем самым не нарушая конструкцию самого насоса, а, учитывая размер клапана (диаметр присоединительной резьбы 73 мм), повышается надежность установки.
На фигуре 1 схематично изображена штанговая глубинная установка для эксплуатации в горизонтальном стволе скважины. Установка содержит вставной штанговый глубинный насос (ШГН), который состоит из цилиндра насоса (7) (фиг. 1), соединенного в верхней части посредством муфты с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) (1). Внутри цилиндра имеется полый плунжер (3), соединенный в верхней части с колонной насосных штанг (2), и две клапанные пары. Верхняя (установленная непосредственно в плунжере) (4) - нагнетательная и нижняя (установленная в цилиндре) (5) - всасывающая. В нижней части, штанговый глубинный насос, оборудован пружинным тарельчатым клапаном (6), который крепится к НКТ, в которой находится непосредственно ШГН посредством муфтового соединения. Данная установка находится непосредственно в фильтре горизонтального ствола скважины (8).
На фигуре 2 схематично изображен пружинный обратный тарельчатый клапан, который состоит из пружины 9, штока 10, тарелки 11, седла 12 и корпуса 13.
Работает глубинный штанговая установка следующим образом.
После спуска данной установки на любой угол, в том числе в боковой (горизонтальный) ствол скважины (фильтр 8), как показано на фигуре 1, при ходе плунжера 3 вверх закрывается нагнетательный клапан 4 под действием столба жидкости и, за счет образовавшегося разряжения, под действием забойного давления ствола скважины, открываются всасывающий клапан 5 и клапан обратный пружинный тарельчатый 6, происходит поступление вязкой жидкости в полость цилиндра насоса между всасывающим 5 и нагнетательным 4 клапанами. Жидкость, находящаяся над нагнетательным клапаном 4, поднимается по колонне НКТ 1 вверх. Под действием давления жидкости происходит расширение плунжера 3 и плотное прилегание к внутренней стенке цилиндра насоса, в результате отсутствуют утечки через зазор плунжер - цилиндр насоса. После достижения плунжером 3 крайней верхней точки, он начинает перемещаться вниз. При ходе плунжера 3 вниз, происходит открытие нагнетательного клапана 4, вне зависимости от того, закрывается или нет всасывающий клапан 5, закрывается клапан обратный пружинный тарельчатый 6 под действием пружины сжатия 9, тем самым, препятствуя сливу жидкости из насоса, далее жидкость поступает через открытый нагнетательный клапан 4 в плунжер насоса 3. После достижения плунжером 3 крайней нижней точки, он начинает перемещаться вверх и, далее, по мере работы насоса, циклы повторяются.
Таким образом, клапан обратный пружинный тарельчатый 6 является компенсатором работы всасывающего клапана, что позволяет, в случае прекращения работоспособности всасывающего клапана 5, штанговому глубинному насосу оставаться работоспособным. В результате чего штанговая глубинная установка для эксплуатации в горизонтальном стволе скважины становиться «независимой» от работы всасывающего клапана штангового глубинного насоса, что позволяет увеличить интервал глубины спуска независимо от угла, вплоть до спуска штанговой глубинной насосной установки в боковой (горизонтальный ствол), что позволит снизить забойное давление в скважине, тем самым, увеличив ее дебит.
Предлагаемая установка имеет ряд преимуществ:
1. Достигается стабильность работы насосной установки при добыче жидкости с высокой вязкостью, за счет дублирования работы всасывающего клапана, в случае его «залипания» и прекращения работоспособности.
2. Достигается стабильность работы насосной установки в любом угле интервала спуска (от 0 до 90 градусов), в том числе, спуске непосредственно в боковой (горизонтальный) ствол, за счет того, что угол не влияет на работоспособность клапана обратного пружинного тарельчатого, который является компенсатором всасывающего.
3. Данная полезная модель, имеющая невысокую стоимость по сравнению с существующими штанговыми глубинными насосными установками, и простоту конструкции, позволяет увеличить дебит нефтяной скважины за счет снижения забойного давления и увеличения депрессии на нефтяной пласт.
Данная полезная модель прошла успешные опытно-промышленные испытания на месторождениях одной из нефтяных компаний. В двух скважинах, штанговая глубинная установка была спущена в интервалы с углом наклона 88 и 89,5 градусов, при этом получен эффект в виде дополнительного прироста дебитов нефти по данным скважинам 3 и 5 тонн в сутки.