ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к технике добычи нефти, в частности - к штанговым установкам для откачки жидких сред из скважин, и может быть использована для одновременной откачки жидкостей из двух пластов.
Известна скважинная штанговая насосная установка для добычи высоковязкой нефти, содержащая наземный привод, подвешенный в полости скважины на колонне насосно-компрессорных труб штанговый насос со всасывающим и нагнетательным клапанами, в цилиндре которого размещен соединенный с колонной насосных штанг полый плунжер, связанный с направляющим шкивом и грузом, установленными под плунжером; межтрубное пространство скважины снабжено стабилизирующими башмаками, установленными по всей длине насосно-компрессорных труб, за пределами которых размещена колонна насосных штанг, выполненная гибкой и центрируемая относительно межтрубного пространства стабилизирующими башмаками, верхний конец которой закреплен на наземном приводе, а нижний - на наружной поверхности насосно-компрессорных труб (см. патент RU 2059884, кл. F 04 В 47/00, 10.05.1996).
Недостатками известного решения являются сравнительно невысокая эффективность и надежность работы скважинной насосной установки.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является штанговая насосная установка с дифференциальным штанговым насосом, содержащая связанный с колонной насосных труб корпус, выполненный в виде цилиндра, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, причем верхняя ступень плунжера большего диаметра имеет сквозной канал и снабжена нагнетательным клапаном, а нижняя ступень плунжера меньшего диаметра выполнена в виде возвратно-поступательно перемещаемого монолитного штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра и поверхностью плунжера, образует рабочую камеру насоса со всасывающим клапаном, выполненным в виде соосной с цилиндром тарелки с отверстием, через которое герметично пропущен монолитный шток, (см. патент на полезную модель RU №39366, кл. F 04 В 47/00, 27.07.2004).
Данная штанговая насосная установка показала хорошие результаты при добыче высоковязкой нефти, а также нефти с большим содержанием песка, механических включений, парафина и смолистых веществ. Однако данная штанговая установка не позволяет откачивать из скважины жидкие среды одновременно из двух пластов, что сужает возможности штанговой насосной установки.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является расширение функциональных возможностей штанговой насосной установки, путем обеспечения возможности откачки жидких сред одновременно из двух пластов.
Техническим результатом, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности и эффективности работы штанговой насосной установки.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что штанговая насосная установка содержит дифференциальный штанговый насос, включающий связанный с колонной насосных труб цилиндр, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, причем верхняя ступень плунжера большего диаметра с механическим уплотнением имеет сквозной канал и снабжена нагнетательным клапаном, а нижняя ступень плунжера меньшего диаметра выполнена в виде возвратно-поступательно перемещаемого монолитного штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра и поверхностью штока, образует рабочую камеру дифференциального штангового насоса со всасывающим клапаном, выполненным в виде соосной с цилиндром тарелки с отверстием, через которое герметично с помощью механического уплотнения пропущен монолитный шток, причем ниже всасывающего клапана дифференциального штангового насоса последовательно установлены приемный фильтр в виде перфорированной цилиндрической трубы и плунжерный насос, включающий соединенный с приемным фильтром корпус в виде стакана со всасывающим клапаном в днище и расположенный коаксиально внутри стакана с кольцевым зазором цилиндр, образующий с монолитным штоком плунжерную пару, причем образованная последними рабочая камера плунжерного насоса сообщена с полостью стакана через нагнетательный клапан, а снаружи стакана установлен пакер для разобщения пространства скважины между всасывающим клапаном плунжерного насоса и приемным фильтром дифференциального штангового насоса.
В ходе исследования работы штанговых насосных установок, содержащих дифференциальные штанговые насосы было выявлено, что при их работе обеспечено гарантированное движение колонны штанг вниз за счет дополнительной гидравлической нагрузки на верхнюю ступень плунжера и шток, штанги не испытывают знакопеременных нагрузок, что увеличивает их работоспособность и долговечность, значительно снижены потери хода верхней ступени плунжера за счет уменьшения деформаций колонны штанг (они не скручиваются в спираль). При этом повышению надежности работы способствует выполнение дифференциального плунжера и всасывающего клапана дифференциального штангового насоса с использованием механических уплотнений по патенту РФ №2037077.
Однако возможности штанговой насосной установки могут быть расширены без снижения надежности работы дифференциального штангового насоса за счет снабжения установки плунжерным насосом, плунжером которой является монолитный шток, нижний цилиндрический участок которого введен в рабочую камеру ниже расположенного плунжерного насоса. В результате плунжерный насос откачивает жидкую среду из ниже расположенного пласта и подает ее в зону выше расположенного пласта и одновременно создает подпор со стороны входа во всасывающий клапан выше расположенного дифференциального штангового насоса. В результате отпадает необходимость в строгом соответствии производительностей выше и ниже расположенных насосов, хотя предпочтительно, чтобы производительность выше расположенного насоса была больше производительности ниже расположенного насоса. В случае, если производительность ниже расположенного насоса по каким-либо причинам будет превышать производительность выше расположенного насоса излишки откачиваемой жидкой среды будут поступать в выше расположенный пласт и там резервироваться, но, что самое главное, при этом штанговая установка не выйдет из строя. Использование нижнего участка монолитного штока в качестве плунжера ниже расположенного насоса позволяет упростить конструкцию установки и, как следствие, повысить надежность ее работы при одновременном улучшении ее массогабаритных характеристик.
В результате достигается повышение надежности и эффективности работы штанговой установки.
На чертеже представлен продольный разрез штанговой насосной установки.
Штанговая насосная установка содержит дифференциальный штанговый насос 1, включающий связанный с колонной насосных труб цилиндр 2, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг 3 дифференциальный плунжер 4, причем верхняя ступень 5 плунжера 4 большего диаметра с механическим уплотнением 6 имеет сквозной канал 7 и снабжена нагнетательным клапаном 8, а нижняя ступень плунжера 4 меньшего диаметра выполнена в виде возвратно-поступательно перемещаемого монолитного штока 9, при этом кольцевое пространство 10, заключенное между стенками цилиндра 2 и поверхностью штока 9, образует рабочую камеру дифференциального штангового насоса 1 со всасывающим клапаном 11, выполненным в виде соосной с цилиндром 2 тарелки с отверстием, через которое герметично с помощью механического уплотнения 12 пропущен монолитный шток 9. Ниже всасывающего клапана 11 последовательно установлены приемный фильтр 13 в виде перфорированной цилиндрической трубы и плунжерный насос 14, включающий корпус, выполненный в виде стакана 15 с
всасывающим клапаном 16 в днище 17 стакана 15, и расположенный коаксиально внутри стакана 15 с кольцевым зазором цилиндр 18, образующий с монолитным штоком 9 плунжерную пару. Образованная последними и стаканом 15 рабочая камера 19 плунжерного насоса 14 сообщена с образованной зазором полостью 20 стакана 15 через нагнетательный клапан 21. Снаружи стакана установлен пакер 22 для разобщения пространства скважины между всасывающим клапаном 16 плунжерного насоса 14 и приемным фильтром 13 дифференциального штангового насоса 1.
Дифференциальный штанговый насос работает следующим образом.
При ходе монолитного штока 9 вместе с дифференциальным плунжером 4 вверх нагнетательные клапаны 8 и 21 закрываются и открываются всасывающие клапаны 11 и 16. Начинается процесс всасывания. Жидкая среда нижнего пласта 23 заполняет рабочую камеру 19 плунжерного насоса 14, а жидкая среда верхнего пласта 24 поступает в приемный фильтр 13 и далее заполняет кольцевое пространство 10 рабочей камеры дифференциального штангового насоса 1.
При ходе дифференциального плунжера 4 вниз всасывающие клапаны 11 и 16 закрываются, а нагнетательные клапаны 8 и 21 открываются и перепускает жидкую среду, соответственно, из кольцевого пространства 10 рабочей камеры в сквозной канал 7 и далее в колонну насосных труб, а жидкую среду из рабочей камеры 19 в полость 20 стакана 15 и далее в приемный фильтр 13.
При повторном ходе дифференциального плунжера 4 вверх и вниз повторяются описанные выше процессы всасывания и нагнетания жидкой среды. Отличие заключается только в том, что выше расположенный дифференциальный штанговый насос 1 откачивает жидкую среду, которая подана в приемный фильтр 13 плунжерным насосом 14 из нижнего пласта 23 и жидкую среду, которая поступила в приемный фильтр 13 из верхнего пласта 24.
Настоящая полезная модель может быть использована в нефтяной и других отраслях промышленности, где требуется одновременная откачка из одной скважины различных жидких сред из двух пластов.