ПУСТОТЕЛАЯ ШТАНГА ШТАНГОВОЙ ГЛУБИННОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Предлагаемая полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к конструктивным элементам штанговых глубинных насосных установок (ШГНУ) и может быть использована, преимущественно, в нефтегазодобывающей промышленности.
Большая часть фонда буровых скважин с механизированной добычей, как в Украине, так и во всем мире, эксплуатируются с помощью ШГНУ, но на протяжении последних лет наблюдается непрерывное возрастание глубин как самих скважин, так и глубины погружения насосов ШГНУ. ШГНУ и электроцентробежные насосные установки (ЭЦНУ) относительно эффективно работают на глубинах до 2000-2200 метров. Но с увеличением глубины погружения штангового насоса растет и вес штанг, а диаметр плунжера - уменьшается. Уже на глубинах 2000-2200 метров вес штанг достигает 80%, а полезная нагрузка составляет лишь около 20%. Кроме того, значительно уменьшается ход плунжера относительно хода полированного штока, что существенно уменьшает дебит и коэффициент полезного действия ШГНУ. Для увеличения глубины погружения насоса улучшают качество стали штанг, но этот резерв уже практически исчерпан.
Наиболее близкой к предлагаемой по количеству существенных признаков является пустотелая штанга штанговой глубинной насосной установки, содержащая цилиндрический корпус и головки, установленные на концах цилиндрического корпуса /Муравьев В.М. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра - 1973. - С.210-230/. Упомянутая (трубчатая) штанга выполнена в виде цилиндрической трубы, а головки предназначены для соединения между собой соседних штанг и образования штанговой колонны из пустотелых штанг в скважине. Описанную штангу используют для защиты плунжера насоса от песка.
Недостатком описанной пустотелой штанги ШГНУ является ее большой вес в жидкости, что существенно уменьшает дебит и коэффициент полезного действия ШГНУ.
В основу предлагаемой полезной модели поставлена задача создания такой пустотелой штанги штанговой глубинной насосной установки, которая позволила бы
существенно снизить влияние ее веса на дебит и коэффициент полезного действия во время работы ШГНУ на скважине.
Поставленная задача решается за счет создания условий для уменьшения силы веса штанги путем использования действия выталкивающей силы жидкости, которой наполнена скважина, на штангу.
Предлагаемая, как и известная пустотелая штанга штанговой глубинной насосной установки, содержит трубчатый корпус и головки, установленные на концах трубчатого корпуса, а, в соответствии с предложением, каждая головка выполнена сплошной и герметически закреплена на соответствующем конце трубчатого корпуса.
3
3
Для улучшения работы ШГНУ, необходимо снизить вес штанг, сохранив их грузоспособность. Поскольку во время работы штанги находятся в жидкости с удельным весом 0,85-1,2 т/м, а удельный вес стали 7,8 т/м, то вес их уменьшается в жидкости всего на 13%, но если использовать пустотелую герметически закрытую штангу необходимого диаметра и толщины ее стенки, то получим уменьшение веса колоны штанг в несколько раз (за счет использования действия выталкивающей Архимедовой силы на штанги-поплавки, размещенные в жидкости), что обеспечивает возможность увеличивать глубину погружения штангового насоса или его диаметр без увеличения нагрузки на привод ШГНУ. Пустотелая колонна штанг-поплавков в жидкости уменьшает вес, но не массу - инерционное ускорение проявляет себя более интенсивно, чем у сплошных и полых штанг, что позволяет увеличить ход плунжера по сравнению с ходом полированного штока, а не уменьшения, как это обычно бывает на сплошных штанговых колоннах. Применение штанговых колонн из предлагаемых герметизированных пустотелых штанг по сравнению с традиционными (в одинаковых условиях) дает:
1. Увеличение глубины погружения насоса в 1,5-2 раза;
2. Экономию металла в несколько раз;
3. Увеличение добычи жидкости;
4. Уменьшение удельной затраты электроэнергии. В результате чего достигается уменьшение себестоимости добычи нефти.
Сущность предлагаемой конструкции поясняется на схематическом чертеже. Пустотелая штанга штанговой глубинной насосной установки содержит трубчатый корпус 1 и головки 2, установленные на концах трубчатого корпуса 1. Каждая головка 2 выполнена сплошной и герметически закреплена на конце трубчатого
корпуса 1. Головка 2, кроме функции соединения смежных штанг, выполняет и функцию заглушки трубчатого корпуса 1. На головке 2 имеется участок 3, который используют для монтажа или демонтажа колонны из пустотелых штанг - квадрат под ключ, а также участок стандартной резьбы 4 - для соединительных муфт /не показан/. Головка 2 имеет переходную коническую часть 5. Стык 6 головки 2 с цилиндрическим корпусом 1 для дополнительной герметизации полости штанги заварен. Головка 2 и цилиндрический корпус 1 соединены между собой с помощью резьбового соединения 7.
Предлагаемая пустотелая штанга, в качестве примера, изготовлена в виде тонкостенной трубы 1 стандартной длины, на торцевых концах которой с обеих сторон нарезана резьба 7 и закручены на герметизирующем масле головки 2, а их стыки 6 заварены (для дополнительной герметизации трубы 1 с торцов и для фиксации головки 2).
Головка 2 в верхней части имеет традиционную форму головки штанги, на которой нарезана резьба 4 и имеется участок 3 - квадрат под ключ - для монтажа (демонтажа) колонны штанг. Пустотелые штанги соединяются между собой соединительными муфтами (не показано). Снизу штанговой колонны закреплены обычные или тяжелые штанги (в соответствии с технологией работы ШГНУ). Сверху колонны - полированный шток и укороченные штанги - "метровки" /не показано/.
Предлагаемая штанга ШГНУ работает так.
Во время работы пустотелой штанговой колонны в скважине с жидкостью /не показано/, каждая штанга которой содержит трубчатый корпус 1 с загерметизированной головками 2 полостью, заполненной воздухом, на корпус 1 действуют сила ее веса, направленная вниз, и выталкивающая Архимедова сила, направленная вверх, а потому сила веса предлагаемой штанги в жидкости существенно уменьшается, что обеспечивает возможность увеличить глубину погружения штангового насоса или его диаметр без увеличения нагрузки на привод ШГНУ. Колонна из предлагаемых пустотелых штанг в жидкости уменьшает вес, но не массу -инерционное ускорение проявляет себя более интенсивно, чем в сплошных и полых (трубчатых) штангах, что позволяет увеличить ход плунжера /не показано/ по сравнению с ходом полированного штока, а не уменьшения, как это обычно бывает на сплошных и полых (трубчатых) штанговых колоннах. Сохраняя достаточно большую плавучесть, колонна из пустотелых штанг-поплавков позволяет значительно увеличить
диаметр насоса или глубину погружения насоса без повышения нагрузки на привод ШГНУ. Имея значительно больший, чем у традиционных штанг диаметр, предлагаемая конструкция позволяет увеличить скорость движения жидкости над насосом, чем уменьшается вероятность возможного заклинивания плунжера песком.