Установка скважинного плунжерного насоса с погружным линейным электроприводом

Полезная модель относится к установкам для добычи жидкости из скважин электроприводными насосами и может быть применена для добычи нефти из мало дебетных нефтяных скважин.
Известна установка скважинного насоса для добычи нефти из малодебитных нефтяных скважин, состоящая из погружного маслозаполненного электродвигателя с компенсатором, плунжерного насоса, конического редуктора с кулачком, всасывающего и нагнетательного клапанов (Ивановский В.Н., Дарищев В.И., А.А. Сабиров и др. «Оборудование для добычи нефти и газа», ч. 1, М., 2002 г., с. 748, 749).
Недостатком данного насоса является малая длина хода и большое чисто ходов плунжера, а также наличие конического редуктора с кулачковым механизмом, что снижает эксплуатационную надежность работы установки.
Наиболее близким устройством, взятым авторами в качестве прототипа полезной модели, является установка плунжерного насоса с погружным линейным электродвигателем, состоящая из линейного погружного электродвигателя, включающего статор и подвижный магнитный шток, скважинного плунжерного насоса, включающего всасывающий и нагнетательный клапаны, цилиндр, соединенный со статором линейного электродвигателя, и плунжер с полированным штоком, соединенным с подвижным магнитным штоком (Бакиров Р.И., Попов М.С., Бердин С.М. «Первый опыт применения плунжерных насосов с погружным линейным электроприводом в ОАО «НК «Роснефть». Научно-технический вестник ОАО «НК «Роснефть» №2, 2016 г., с. 72-75).
Недостатком данной установки является низкая эксплуатационная надежность работы установки, обусловленная тем, что внутреннее пространство линейного электродвигателя не отделено от пластовой продукции, поступающей из скважины. В пластовой продукции могут содержаться механические примеси, что будет приводить к заклиниванию подвижного магнитного штока в статоре электродвигателя, кроме того, в пластовой продукции содержится вода с высокой минерализацией, которая обладает высокой электропроводностью и коррозионной активностью. Все это будет снижать эксплуатационную надежность работы установки.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности установки при добыче нефти из малодебитных нефтяных скважин.
Технический результат достигается тем, что установка скважинного плунжерного насоса с погружным линейным электроприводом для добычи нефти из малодебитных нефтяных скважин включает погружной маслозаполненный линейный электродвигатель, состоящий из статора с компенсатором и подвижного магнитного штока, и скважинный плунжерный насос, включающий всасывающий и нагнетательный клапаны, цилиндр которого соединен со статором линейного электродвигателя, а плунжер - с полированным штоком, соединенным с подвижным магнитным штоком, при этом согласно полезной модели между цилиндром насоса и статором линейного электродвигателя установлено трехступенчатое уплотнение штока насоса, при этом нижняя и верхняя ступени уплотнения выполнены в виде механического уплотнения, а средняя ступень выполнена в виде полости с отверстиями, внутри которой установлена эластичная диафрагма, заполненная рабочей жидкостью, при этом отверстия в полости соединены с затрубным пространством, кроме того, плотность рабочей жидкости, заполняющей эластичную диафрагму выше, чем плотность пластовой жидкости в месте установки погружного двигателя, но меньше, чем плотность масла, заполняющего полость погружного электродвигателя.
На фиг. 1 показана установка скважинного плунжерного насоса с погружным линейным электроприводом.
Установка скважинного плунжерного насоса с погружным линейным электроприводом включает погружной маслозаполненный линейный электродвигатель 1, состоящий из статора 2, и подвижного магнитного штока 3. В нижней части статора 2 имеются отверстия 17, при этом внутри статора 2 установлен компенсатор 4. Над линейным электродвигателем 1 расположен плунжерный насос 5, состоящий из цилиндра 6, плунжера 7, всасывающего 8 и нагнетательного 9 клапанов, кроме того, в нижней части цилиндра 6 имеется отверстие 16 для прохода пластовой продукции. Плунжер 7 соединен полированным штоком 10 с подвижным полированным штоком 3. Для предотвращения утечек масла из линейного электродвигателя 1 между цилиндром 6 насоса 5 и статором 2 линейного электродвигателя 1 установлено трехступенчатое уплотнение 11 полированного штока 9. Трехступенчатое уплотнение 11 состоит из корпуса 12 с отверстиями 13, внутри которого установлена эластичная диафрагма 14, внутренняя полость диафрагмы заполнена рабочей жидкостью. Кроме того, в нижней и верхней частях корпуса 12 расположены механические уплотнения 15. В качестве механических уплотнений 15 могут использоваться различные виды уплотнений (например, манжеты, сальники, уплотнительные кольца и другие).
Установка скважинного плунжерного насоса с погружным линейным электроприводом приводом работает следующим образом.
Линейный погружной электродвигатель 1 перед спуском в скважину заполняется маслом, а внутренняя полость эластичной диафрагмы 14 - рабочей жидкостью.
Установка скважинного плунжерного насоса с погружным линейным электроприводом приводом спускается в скважину под уровень жидкости на насосно-компрессорных трубах 18, подача электроэнергии к двигателю 1 осуществляется с помощью бронированного кабеля (на фиг. 1 не показан). При подаче энергии на статор 2 в нем возникает магнитное поле, которое обеспечивает возвратно-поступательное движение подвижного полого магнитного штока 3 и соединенного с ним полированным штоком 10 плунжера 7. Смена направления движения подвижного полого магнитного штока 3 обеспечивает станция управления (на фиг. 1 не показана).
При движении плунжера 7 вниз в полости цилиндра 6 над плунжером 7 создается разряжение нагнетательный клапан 9 закрывается, а всасывающий клапан 8 открывается и пластовая жидкость из скважины поступает в цилиндр 6 насоса 5. При ходе плунжера 7 вверх всасывающий клапан 8 закрывается, а нагнетательный клапан 9 открывается, и пластовая жидкость выталкивается в насосно-компрессорные трубы 18 и далее на поверхность на устье скважины.
Трехступенчатое уплотнение 11 полированного штока 10 служит для защиты погружного линейного электродвигателя 1 от попадания пластовой жидкости и предотвращения утечек масла из линейного электродвигателя 1. Механические уплотнения 15 защищают внутреннюю полость эластичной диафрагмы 14 от попадания в нее пластовой жидкости из скважины и масла из линейного электродвигателя 1. Рабочая жидкость, заполняющая внутреннюю полость диафрагмы 14, выполняет роль гидрозатвора и повышает надежность уплотнения 11.
При спуске в скважину благодаря наличию компенсатора 4 и отверстия 17 в нижней части статора 2 давление внутри линейного электродвигателя 1 становится равным давлению пластовой жидкости в скважине. При этом через отверстия 13 на эластичную диафрагму 14 так же начинает действовать скважинное давление. В результате давление внутри диафрагмы 14 и внутри линейного двигателя 1 становятся одинаковыми и равными давлению пластовой жидкости в скважине. Кроме того, благодаря отверстию 16 над верхним механическим уплотнением 15 также действует скважинное давление. Равенство давлений предотвращает перетоки жидкости через трехступенчатое уплотнение 11 и повышает эксплуатационную надежность работы всей установки.
Предложенное согласно п. 2 полезной модели техническое решение, при котором плотность рабочей жидкости выше, чем плотность пластовой жидкости в месте установки погружного двигателя, но меньше, чем плотность масла, заполняющего погружного электродвигателя, также снижает вероятность утечек масла из линейного электродвигателя 1 и попадание в него пластовой жидкости и направлено на повышение эксплуатационной надежности всей установки.
Рассмотрим каждый конструктивный элемент установки отдельно, раскрыв его существенность в достижении поставленного технического результата.
Линейный маслозаполненный электродвигатель является неотъемлемой частью установки скважинного плунжерного насоса с погружным линейным электроприводом и служит приводом плунжерного насоса, обеспечивая возвратно-поступательное движение плунжера. Плунжерный насос необходим для подъема пластовой продукции. Трехступенчатое уплотнение служит для защиты линейного электродвигателя от попадания пластовой продукции, что повышает эксплуатационную надежность работы всей установки скважинного плунжерного насоса с погружным линейным электроприводом.
Таким образом, все существенные признаки, включенные в формулу полезной модели, представляют собой единую установку скважинного плунжерного насоса с погружным линейным электроприводом, при этом каждый элемент, входящий в установку, неразрывно связан с предложенным устройством и непосредственно влияет на поставленный технический результат. В случае исключения хотя бы одного конструктивного элемента установки из формулы полезной модели заявленное устройство будет либо неработоспособно (не будет соответствовать промышленной применимости), либо не будет достигаться поставленный технический результат.
Следует понимать, что после рассмотрения специалистом приведенного описания с примером осуществления установки скважинного плунжерного насоса с погружным линейным электроприводом, а также сопроводительного чертежа для него станут очевидными другие изменения, модификации и варианты реализации заявленной полезной модели (так, например, вместо плунжера может использоваться поршень и т.д.). Таким образом, все подобные изменения, модификации и варианты реализации, а также другие области применения, не имеющие расхождений с сущностью настоящей полезной модели, следует считать защищенными настоящей полезной моделью.