ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Предложенная полезная модель относится к технике механизированной добычи нефти, в частности к скважинным штанговым насосным установкам и может быть использована при добыче нефти с высоким содержанием газа, а также вязких нефтей.
Из области техники известна штанговая насосная установка (см. патент RU №2175402, F04В 47/00, дата публикации 27.10.2001 г.), содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, два полых плунжера с всасывающим и нагнетательными клапанами, связанных между собой и с грузом, размещенным вне полости насосно-компрессорных труб (НКТ), подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров. В устройстве всасывающий и нагнетательный клапаны установлены в плунжере большего диаметра одноразмерными, а полость в плунжере большего диаметра между клапанами сообщается с полостью, образованной цилиндрами двух ступеней.
Однако известная установка не позволяет достичь того, чтобы газ, содержащийся в нефти, не уменьшал коэффициент подачи насоса в силу того, что при такой конструкции всасывающего и расположении нагнетательного клапанов, газ выделяется из нефти в процессе ее поступления в цилиндр и не удаляется полностью из цилиндра в процессе вытеснения, оставаясь в верхней его части выше нагнетательного клапана.
Известна штанговая насосная установка (см. патент RU №2247864, F04В 47/00, дата публикации 10.03.2005 г.), содержащая колонны насосно-компрессорных труб и штанг, нижний и верхний цилиндры разного диаметра, два полых перемещающихся плунжера, верхний - малого и нижний - большего диаметра. В установке верхний конец плунжера малого диаметра соединен с колонной штанг при помощи переходника с отверстиями, а его нижний конец соединен при помощи переходника с полой штангой, связанной со штоком объемной муфтой, выполненной в виде переходника с отверстиями. В полости переходника, выше отверстий, расположен шариковый клапан, причем шток проходит через полость нижнего плунжера большего диаметра, а его нижняя часть выполнена с расширяющимся конусообразным утолщением и выполняет с нижним концом плунжера большего диаметра функцию всасывающего и нагнетательного клапана.
В известной установке при ее использовании, несмотря на снижение выделения газа из нефти при поступлении в нижний цилиндр, не обеспечивается более полное удаление газа из цилиндров во время вытеснения, что не дает возможности повысить коэффициент подачи насоса.
Наиболее близкой (т.е. прототипом) к предлагаемой установке по технической сущности является штанговая насосная установка (см. патент RU №2161268, F04В 47/00, дата публикации 27.12.2000 г.), содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, два полых плунжера с всасывающим и нагнетательным клапанами разного диаметра, связанных между собой и грузом, размещенным вне полости насосно-компрессорных труб, и подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров. В данном техническом решении всасывающий клапан установлен в плунжере большего диаметра, а груз связан с нижней частью этого плунжера.
Хотя в конструкции прототипа расположение нагнетательного клапана над верхним плунжером позволяет более полно удалять газ из цилиндра насоса во время нагнетания, однако не обеспечиваются условия для снижения выделения газа из нефти при поступлении ее в цилиндр во время всасывания, а также снижения гидравлического сопротивления во всасывающем клапане, что снижает коэффициент подачи насоса.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является:
- повышение эффективности эксплуатации и надежности штанговой насосной установки;
- увеличение заполнения цилиндров насоса жидкостью за счет снижения выделения газа из нефти и снижение гидравлического сопротивления в процессе ее поступления в цилиндры и более полного удаления газа из них в процессе вытеснения;
- снижение гидравлического сопротивления в результате увеличенного проходного сечения между нижним плунжером и ступенчатым штоком в случае добычи вязкой нефти;
- осуществление центрирования штока в плунжере.
Поставленная техническая задача решается тем, что предлагаемая штанговая насосная установка содержит колонны насосно-компрессорных труб и штанг, цилиндры - верхний малого, а нижний - большего диаметров с подвижно расположенными в них полыми плунжерами (соответственно верхним - малого и нижним - большего диаметров), приемный фильтр, установленный под нижним цилиндром большего диаметра коаксиально грузу, размещенному вне полости насосно-компрессорных труб, всасывающий и нагнетательный клапаны.
Верхний полый плунжер малого диаметра (в дальнейшем - верхний плунжер) с установленным в нем клапаном, нижним концом, через переводник с отверстиями, жестко соединен с верхним концом ступенчатого штока меньшего диаметра, проходящего большим диаметром через полость нижнего плунжера большего диаметра (в дальнейшем - нижний плунжер), при этом нижний конец ступенчатого штока большего диаметра соединен с верхом конусообразной шайбы, которая выполняет в нижнем плунжере функцию всасывающего и нагнетательного клапана, а основание конусообразной шайбы связано с грузом. На ступенчатом штоке большего диаметра выполнены продольные выборки и образованы ребра от его нижнего конца до места выше стопорного кольца, установленного на ступенчатом штоке над нижним плунжером, причем ребра ступенчатого штока выполняют функцию центратора. Между нижним цилиндром большего диаметра и приемным фильтром установлен широкопроходной клапан.
Конструкция штанговой насосной установки может быть успешно реализована в условиях нефтегазодобывающих предприятий.
На чертеже (Фиг.1) представлена схема штанговой насосной установки.
Верхний плунжер 1 размещен в верхнем цилиндре малого диаметра 2 и верхним концом связан с колонной штанг 3, а нижним, через переводник с отверстиями 4, жестко соединен со ступенчатым штоком 5 меньшего диаметра, далее переходящим в ступенчатый шток 5 большего диаметра, проходящим через полость нижнего плунжера 6, который установлен в нижнем цилиндре большего диаметра 7.
Конусообразная шайба 8 верхней частью соединена с нижним концом ступенчатого штока 5 большего диаметра, а основанием с грузом 9. На ступенчатом штоке 5 большего диаметра выполнены продольные выборки 10 и образованы ребра 11 от его нижнего конца до места выше стопорного кольца 12, установленного на ступенчатом штоке 5 большего диаметра над нижним плунжером 6. Верхний плунжер 1 снабжен клапаном 13. В нижней части штанговой насосной установки расположен приемный фильтр 14, а между ним и нижним цилиндром большего диаметра 7 установлен широкопроходной клапан 15.
Принцип работы штанговой насосной установки разделяется на два постоянно чередующихся во время работы цикла: поступления и вытеснения следующим образом.
При ходе колонны штанг 3 и верхнего плунжера 1 вниз, клапан 13 закрывается под действием веса столба жидкости над верхним плунжером 1. Ступенчатый шток 5 опускается вниз, открывая проходное сечение между нижним концом плунжера 6 и конусообразной шайбой 8, и жидкость, поступившая через приемный фильтр 14, проходит по продольным выборкам 10 ступенчатого штока 5 в полость между нижним 6 и верхним 1 плунжерами, а стопорное кольцо 12 воздействует на нижний плунжер 6 и перемещает его вниз. При этом груз 9, находящийся вне полости насосно-компрессорных труб и вес столба жидкости над верхним плунжером 1, облегчают движение плунжеров - верхнего 1 и нижнего 6 и колонны штанг 3 вниз в вязких средах. Широкопроходной клапан 15 закрывается и в полости между ним и нижним плунжером 6 при откачке вязкой нефти создается избыточное давление, способствующее более полному заполнению цилиндров 2 и 7 штанговой насосной установки.
При ходе колонны штанг 3 со ступенчатым штоком 5 вверх, закрывается проходное сечение между нижним концом плунжера 6 и конусообразной шайбой 8, которая перемещает нижний плунжер 6 вверх, в результате чего жидкость в полости между плунжерами верхним 1 и нижним 6 сжимается, препятствуя выделению газа. За счет созданного давления открывается клапан 13, в результате чего и происходит нагнетание жидкости вверх. Одновременно из-за перепада давления широкопроходной клапан 15 открывается и жидкость, проходя через него и приемный фильтр 14, поступает в полость между широкопроходным клапаном 15 и нижним плунжером 6.
Далее циклы поступления и нагнетания повторяются.
Так как ход плунжеров остается постоянным во время работы предлагаемой штанговой насосной установки, то и объем жидкости, закачиваемой и выталкиваемой из насоса постоянен. Обеспечение синхронного движения жидкости и колонны штанг предупреждает зависание штанг при ходе вниз, а при ходе вверх способствует снижению гидравлического сопротивления и препятствует образованию эмульсии. Наличие увеличенного проходного сечения между ступенчатым штоком и нижним плунжером предупреждает выделение газа, что повышает коэффициент наполнения штанговой насосной установки.
Технико-экономические преимущества предлагаемого технического решения заключаются в повышении экономичности и надежности штанговой насосной установки в работе за счет более полного заполнения цилиндров насоса жидкостью, тем самым, обеспечивая стабильную подачу насоса, снижая гидродинамические потери, увеличивая длительность межремонтного периода.
Конструкция штанговой насосной установки отличается простотой, что в результате снижает стоимость изготовления и обслуживания, а наличие ребер на ступенчатом штоке большего диаметра, играющих роль центратора, исключает возможность раскачивания оборудования, возникающего при движении штанг.
Применение штанговой насосной установки позволяет повысить эффективность работы скважин с высоким газовым фактором и имеет многофункциональные возможности в плане ее использования как для добычи жидкости с высоким содержанием свободного газа, так и высоковязкой нефти.