СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС
BOREHOLE ROD PUMP

Изобретение относится к технике добычи нефти и может быть использовано для подъема из скважины штанговым насосом нефти, в том числе с высоким газосодержанием.
Известен скважинный штанговый насос, содержащий ступенчатый цилиндр с всасывающим клапаном, полый плунжер с нагнетательным клапаном, размещенный в цилиндре и разделяющий его полость на всасывающую и нагнетательную полости, в стенке нижнего конца плунжера выполнены отверстия для периодического сообщения всасывающей полости цилиндра с полостью плунжера (патент RU № 2340792, F04В 47/00, опубл. 10.12.2008).
Недостатком насоса является низкие коэффициент заполнения цилиндра и эффективность работы насоса при подъеме продукции с высоким содержанием газа.
Известен скважинный штанговый насос, содержащий ступенчатый цилиндр с размещенным в нем полым плунжером, в нижней части которого установлен нагнетательный клапан, насосную камеру с всасывающим клапаном в нижней части, перепускной канал с запорным поплавковым элементом, выполненным в нижней части меньшей ступени цилиндра над насосной камерой, причем одно отверстие канала соединено с верхней частью насосной камеры, а другое отверстие канала соединено со скважиной (патент RU № 2440513, F04В 47/00, опубл. 20.01.2012).
Недостатком насоса являются низкие коэффициент заполнения цилиндра и эффективность работы насоса при подъеме продукции с высоким содержанием газа. Указанный скважинный штанговый насос по технической сущности и достигаемому результату наиболее близок к предлагаемому скважинному штанговому насосу, его можно взять в качестве прототипа.
Техническими результатами заявляемого изобретения являются повышение коэффициента заполнения цилиндра и эффективности работы насоса.
Поставленный технический результат решается описываемым скважинным штанговым насосом, содержащим ступенчатый цилиндр с всасывающим клапаном, снабженный перепускным каналом с клапаном, полый плунжер с нагнетательным клапаном.
Новым является то, что верхняя ступень цилиндра выполнена с большим диаметром и длиной с величиной не менее длины плунжера и в нее помещен дополнительный полый плунжер, который соединен снизу полым штоком с плунжером и нагнетательным клапаном, а сверху соединен с колонной штанг, перепускной канал выполнен в нижней части верхней ступени цилиндра.
Совокупность отличительных признаков предлагаемого скважинного штангового насоса позволяет решить поставленную задачу.
Из патентной и научно-технической литературы нам неизвестна заявляемая совокупность отличительных признаков. Следовательно, заявляемый скважинный штанговый насос соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».
На фиг. 1 представлена схема штангового насоса при ходе колонны штанг вверх, на фиг. 2 - при ходе вниз.
Скважинный штанговый насос содержит ступенчатый цилиндр 1 с всасывающим клапаном 2 в нижней части нижней ступени 3 ступенчатого цилиндра 1 меньшего диаметра, в которую помещен полый плунжер 4 с нагнетательным клапаном 5. В верхнюю ступень 6 ступенчатого цилиндра 1, выполненную с большим диаметром и большей длиной с величиной не менее длины полого плунжера 4, помещен дополнительный полый плунжер 7, который соединен снизу полым штоком 8 с полым плунжером 4, а сверху соединен с колонной штанг 9. Перепускной канал 10 с клапаном 11 выполнен в нижней части верхней ступени 6 ступенчатого цилиндра 1 большего диаметра. Верхняя часть ступенчатого цилиндра 1 соединена с колонной насосно-компрессорных труб 12.
Скважинный штанговый насос работает следующим образом. При движении колонны штанг 9 вверх движутся вверх дополнительный полый плунжер 7 и полый плунжер 4 с нагнетательным клапаном 5. При этом открывается всасывающий клапан 2, закрывается нагнетательный клапан 5 и клапан 11 в перепускном канале 10. Жидкость, находящаяся над дополнительным полым плунжером 7 большего диаметра, поднимается к устью скважины (на фигурах не показано). Газожидкостная смесь через всасывающий клапан 2 поступает в нижнюю ступень 3 меньшего диаметра ступенчатого цилиндра 1, где разгазируется, газ скапливается в верхней части нижней ступени 3 меньшего диаметра ступенчатого цилиндра 1 под плунжером 4, а жидкость в нижней части этой ступени цилиндра 1. Одновременно между дополнительным полым плунжером 7 большего диаметра и полым плунжером 4 меньшего диаметра в кольцевой полости ступенчатого цилиндра 1 между внутренней поверхностью цилиндра 1 и наружной поверхностью полого штока 8 создается разряжение. В конце хода вверх полый плунжер 4 меньшего диаметра перемещается в верхнюю ступень 6 с большим диаметром ступенчатого цилиндра 1. При этом открывается кольцевой проходной канал между внутренней поверхностью верхней ступени 6 большего диаметра ступенчатого цилиндра 1 и полым плунжером 4 меньшего диаметра, который сообщает верхнюю 6 и нижнюю 3 ступени цилиндра 1. Газ, скопившийся в верхней части нижней ступени 3 меньшего диаметра ступенчатого цилиндра 1, поступает в верхнюю ступень 6 большего диаметра ступенчатого цилиндра 1, а продукция скважины через всасывающий клапан 2 дополнительно поступает в нижнюю ступень 3 меньшего диаметра ступенчатого цилиндра 1. При движении колонны штанг 9 вниз движутся вниз дополнительный полый плунжер 7 большего диаметра и полый плунжер 4 меньшего диаметра с нагнетательным клапаном 5. При этом закрывается всасывающий клапан 2 и открывается нагнетательный клапан 5 и клапан 11 в перепускном канале 10. Жидкость из нижней ступени 3 меньшего диаметра ступенчатого цилиндра 1 через нагнетательный клапан 5, полый плунжер 4, полый шток 8 и дополнительный полый плунжер 7 перемещается в верхнюю ступень 6 большего диаметра ступенчатого цилиндра 1. Газ между дополнительным полым плунжером 7 большего диаметра и полым плунжером 4 меньшего диаметра из кольцевой полости ступенчатого цилиндра 1 между внутренней поверхностью цилиндра 1 и наружной поверхностью полого штока 8 через перепускной канал 10 и клапан 11 вытесняется в затрубное пространство скважины. Далее циклы повторяются.
Таким образом, предлагаемый скважинный штанговый насос позволяет решить поставленную техническую задачу повышения коэффициента заполнения цилиндра и эффективности работы насоса.
Повышение коэффициента заполнения цилиндра и эффективности работы насоса при подъеме продукции из скважины обеспечивается следующим образом. Выполнение верхней ступени цилиндра с большим диаметром и длиной с величиной не менее длины плунжера и помещение в нее дополнительного полого плунжера, который соединен снизу полым штоком с плунжером с нагнетательным клапаном, а сверху - с колонной штанг, выполнение перепускного канала в нижней части верхней ступени цилиндра позволяет принудительно отбирать газ из нижней ступени цилиндра за счет создания разряжения в кольцевой полости ступенчатого цилиндра и соединения ее с полостью нижней ступени цилиндра, заполнять освободившийся от газа объем в полости нижней ступени цилиндра дополнительным объемом скважинной продукции, а также эффективно вытеснять из кольцевой полости ступенчатого цилиндра отобранный газ за счет низкого противодавления в затрубном пространстве скважины.
Использование предлагаемого скважинного штангового насоса позволяет откачивать газ из цилиндра насоса, вытеснять его в затрубное пространство скважины, тем самым, повысить коэффициент наполнения цилиндра и, соответственно, повысить эффективность работы насоса.
3
-1
3
3
3
затр.
под.
Опытно-промысловое испытание скважинного штангового насоса было выполнено на скважине 3240 Северного месторождения АО "Шешмаойл", имеющей до внедрения данного насоса дебит 2,6 м /сут, газовый фактор -13,5 м/т, динамический уровень - 665 м, глубина спуска насоса - 780 м, давление в затрубном пространстве Р=1,1 МПа, при работе привода станка-качалки с длиной хода 0,9 м и частотой качаний 2,3 мин. Насос был спущен в скв. 3240 26.06.2017 г. на ту же глубину 780 м, при этом была увеличена длина хода плунжера до 2,1 м. Забойное и затрубное давления снижаются при увеличении параметров привода. До внедрения скважинного штангового насоса коэффициент подачи составлял 0,73. Все динамограммы после внедрения имеют характерный для данного типа насоса вид "пистолет", дебит по жидкости значительно увеличился сначала до 3,2 м/сут, затем до 13,45 м/сут с постепенным снижением до 6 м/сут, при этом К=0,41 - низкий, что объясняется сжатием газа под плунжером 7 (фиг. 2) и последующим его вытеснением в боковой нагнетательный клапан 11. Увеличение дебита связано с применением различных по диаметру цилиндров, т.е. дифференциацией. При закрытой затрубной задвижке происходят скачки затрубного давления, т.е. при снижении забойного давления с 15 до 12 атм и росте затрубного давления происходит выдавливание газа через насос с увеличением дебита. При прохождении большого количества газа через насос подачу насос не теряет, так как насос дифференциальный.
Проверка работоспособности созданного насоса показала, что увеличивается его производительность, снижается динамический уровень и обеспечивается при этом работоспособность насоса без срыва подачи. Для этого длина хода была увеличена до 2,1 м, что обеспечивало проход газа из верхней части нижнего цилиндра в разряженную полость верхнего цилиндра, и тем самым проводить на каждом ходе колонны штанг вверх отбор газа из нижнего цилиндра в верхний. Таким образом, предлагаемый насос при динамических уровнях, близких к приему насоса, показал свою работоспособность и обеспечил дополнительную добычу нефти.