RU2846137C1 - Скважинная штанговая насосная установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к скважинным штанговым насосным установкам, и может быть использовано при откачке из добывающей скважины жидкости с высоким газовым фактором, содержащей механические примеси. Установка включает лифтовую колонну, насос, состоящий из цилиндра с всасывающим клапаном на входе, плунжера с нагнетательным клапаном на выходе и заглушенного снизу полого цилиндрического кожуха, установленного с зазором относительно цилиндра и неподвижно и герметично соединенного своей верхней частью с цилиндром, штанги, соединяющие плунжер с наземным приводом, внутреннюю трубку, сообщающую вход насоса с кожухом, оснащенным боковыми фильтрационными отверстиями, которые перекрыты снаружи с зазором чашеобразным полукожухом, ниже которого на кожухе расположены центраторы, фильтр. Внутренняя трубка оснащена фильтром тонкой очистки скважинной жидкости. Чашеобразный полукожух обращен открытой частью к устью скважины. Фильтр установлен между полукожухом и кожухом выше его боковых фильтрационных отверстий, изготовлен в виде многорядных щеток, перекрывающих пространство между чашеобразным полукожухом и кожухом, закрепленных на чашеобразном полукожухе и взаимодействующих с кожухом. Центраторы изготовлены в виде наружных металлических щеток, установленных равномерно по периметру выше пласта с возможностью перекрытия пространства между кожухом и стенками скважины. Снаружи фильтра тонкой очистки расположен с зазором стакан, обращенный открытой частью к забою скважины. Увеличивается время между обслуживаниями и ремонтами насосной установки для ремонта насоса и очистки за счет тонкой очистки жидкости на входе насоса, предварительного отделения крупных частиц механических примесей и самоочистки фильтра. 1 ил.

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к скважинным штанговым насосным установкам, и может быть использовано при откачке из добывающей скважины жидкости с высоким газовым фактором, содержащей механические примеси.

Известна штанговая насосная установка (патент на ПМ RU № 45790, МПК F04B 47/02, опубл. 27.05.2005 Бюл. № 15), содержащая колонны штанг и насосных труб, контейнер для механических примесей, связанный с колонной насосных труб посредством разделителя перфорированный отверстиями кожух, в котором с зазором размещен цилиндр штангового насоса с всасывающим клапаном, гидравлически сообщенным с полостью кожуха, и плунжером с нагнетательным клапаном, причем отверстия в кожухе выполнены тангенциально.

Основным недостатком данной установки является отсутствие предварительного отделения крупных частиц перед сбором и отсутствие тонкой очистки жидкости на входе насоса, что приводит к захвату мелких механических частиц жидкостью при засасывании в насос, интенсивно разрушая плунжерную пару насоса, и быстрое наполнение контейнера механическими примесями. Все это приводит к частому извлечению установки с контейнером из-за уменьшения времени между обслуживаниями контейнера для очистки и межремонтного периода насоса.

Известен также скважинный штанговый насос (патент RU № 2360145, МПК F04B 47/00, опубл. 27.06.2009 Бюл. № 18), содержащий рабочую пару плунжер - цилиндр с установленными в них соответственно нагнетательным и всасывающим клапанами, фильтр механических примесей, связанный с приемом насоса и снабженный снизу емкостью предварительного накопления механических примесей, причем фильтр механических примесей состоит из концентрически расположенных труб, верхняя часть наружной трубы и нижняя часть внутренней трубы гидравлически сообщают забой скважины с приемом насоса, а емкость предварительного накопления механических примесей выполнена в виде продолжения внешней трубы фильтра и снабжена подпружиненным клапаном, установленным в нижней части емкости, причем расстояние от насоса до подпружиненного клапана больше, чем расстояние от насоса до интервала перфорации.

Основным недостатком данной установки является отсутствие предварительного отделения крупных частиц перед сбором и отсутствие тонкой очистки жидкости на входе насоса, что приводит к захвату мелких механических частиц жидкостью при засасывании в насос, интенсивно разрушая плунжерную пару насоса. Все это приводит к частому извлечению насоса из-за уменьшения межремонтного периода насоса.

Наиболее близким является штанговая скважинная насосная установка для добычи нефти из скважин с наличием зумпфа в условиях высокого газового фактора (патент RU № 2360145, МПК F04B 47/00, опубл. 27.06.2009 Бюл. № 18), включающая колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), колонну насосных штанг, штанговый насос, состоящий из цилиндра со всасывающим клапаном, плунжера с нагнетательным клапаном, цилиндр снабжен заглушенным полым цилиндрическим кожухом, неподвижно закрепленным в верхней части с цилиндром, в верхней части кожуха выполнены два газоперепускных клапана, причем прием штангового насоса оборудован внутренней трубой с открытой нижней частью, при этом открытая нижняя часть трубы расположена на расстоянии не менее чем 3 м ниже подошвы перфорированного пласта, кожух выполнен с фильтрационными отверстиями, перекрытыми чашеобразным полукожухом, обращенным открытой частью к забою скважины, а ниже чашеобразного полукожуха кожух снабжен центраторами, при этом фильтрационные отверстия расположены на расстоянии не менее чем 1,5 м ниже подошвы перфорированного пласта, ниже уровня фильтрационных отверстий на внутренней трубе установлены верхняя и нижняя конусные металлические сетки, при этом верхняя сетка с ячейкой 2 мм, нижняя - с ячейкой 1 мм, каждый газоперепускной клапан соединен с полимерной капиллярной трубкой, зафиксированной на колонне НКТ с помощью металлических клямс, при этом длина полимерных капиллярных трубок подбирается таким образом, чтобы верх трубок находился на 200 м выше динамического уровня при работе установки.

Основным недостатком данной установки является отсутствие предварительного отделения крупных частиц перед сбором, отсутствие тонкой очистки жидкости на входе насоса и самоочистки сетки во время работы, что приводит к захвату мелких механических частиц жидкостью при засасывании в насос, интенсивно разрушая плунжерную пару насоса, и к быстрому забиванию конусных металлических сеток, играющих роль фильтра, в кожухе. Все это приводит к частому извлечению установки с кожухом и сетками из-за уменьшения времени между обслуживаниями (очисткой) кожуха с сетками для очистки.

Техническим результатом является создание скважинной штанговой насосной установки, позволяющей увеличить время между обслуживаниями насосной установки для ремонта насоса и очистки за счет тонкой очистки жидкости на входе насоса, предварительного отделения крупных частиц механических примесей и самоочистки фильтров.

Техническим решением является скважинная штанговая насосная установка, включающая спущенные в скважину для поднятия скважинной жидкости из вскрытого продуктивного пласта лифтовую колонну, насос, состоящий из цилиндра с всасывающим клапаном на входе, плунжера с нагнетательным клапаном на выходе и заглушенного снизу полого цилиндрического кожуха, установленного с зазором относительно цилиндра и неподвижно и герметично соединенного своей верхней частью с цилиндром, штанги, соединяющие плунжер с наземным приводом, внутренняя трубка, сообщающая вход насоса с кожухом, оснащенным боковыми фильтрационными отверстиями, которые перекрыты снаружи с зазором чашеобразным полукожухом, ниже которого на кожухе расположены центраторы, и фильтр, установленный перед входом в кожух и выполненный с возможностью очистки скважинной жидкости от механических примесей.

Новым является то что внутренняя трубка оснащена фильтром тонкой очистки скважинной жидкости, чашеобразный полукожух обращен открытой частью к устью скважины, фильтр установлен между полукожухом и кожухом выше его боковых фильтрационных отверстий, изготовлен в виде многорядных щеток, перекрывающих пространство между чашеобразным полукожухом и кожухом, закрепленных на чашеобразном полукожухе и взаимодействующих с кожухом, центраторы изготовлены в виде наружных крупных металлических щеток, установленных равномерно по периметру выше пласта с возможностью перекрытия пространства между кожухом и стенками скважины, при этом снаружи фильтра тонкой очистки расположен с зазором стакан, обращенный открытой частью к забою скважины.

На чертеже изображена схема скважинной штанговой насосной установки в продольном разрезе, размещенной в скважине.

Скважинная штанговая насосная установка включает в себя спущенные в скважину 1 для поднятия скважинной жидкости из вскрытого продуктивного пласта 2 лифтовую колонну 3, насос, состоящий из цилиндра 4 с всасывающим клапаном 5 на входе, плунжера 6 с нагнетательным клапаном 7 на выходе и заглушенного снизу полого цилиндрического кожуха 8, установленного с зазором относительно цилиндра 4 и неподвижно и герметично соединенного (например, соединением 9 в виде резьбового, замкового или т.п. соединения) своей верхней частью с цилиндром 4, штанги 10, соединяющие плунжер 6 с наземным приводом (например, станок-качалка, цепной привод, гидравлический привод или т.п. - не показан), внутренняя трубка 11, сообщающая вход цилиндра 4 с кожухом 8, оснащенным боковыми фильтрационными отверстиями 12, которые перекрыты снаружи с зазором чашеобразным полукожухом 13, ниже которого на кожухе расположены центраторы в виде наружных крупных металлических щеток 14 (с длиной щетины равной расстоянию от кожуха 8 до стенок скважины 1), и фильтр, изготовленный в виде многорядных щеток 15, закрепленных на чашеобразном полукожухе 13 и взаимодействующих с кожухом 8, перекрывая пространство между ними. Многорядные щетки 15 фильтра установлены перед входом скважинной жидкости через отверстия 12 в кожух 8 и выполнены с возможностью очистки скважинной жидкости от механических примесей. При этом внутренняя трубка 11 оснащена фильтром тонкой очистки 16 скважинной жидкости (например, щелевой фильтр, проволочный фильтр или т.п.), а чашеобразный полукожух 13 обращен открытой частью к устью скважины 1. Многорядные щетки 15 фильтра установлены между чашеобразным полукожухом 13 и кожухом 8 выше его боковых фильтрационных отверстий 12. Крупные металлические щетки 14 центратора установлены равномерно по периметру выше продуктивного пласта 2 с возможностью перекрытия пространства между кожухом 8 и стенками скважины 1. Снаружи фильтра тонкой очистки 16 расположен с зазором стакан 17, обращенный открытой частью к забою скважины 1.

Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения и т.п., не влияющие на объяснение работы скважинной штанговой насосной установки, на чертеже не показаны или показаны условно.

Скважинная штанговая насосная установка работает следующим образом.

На кожухе 8 при изготовлении снаружи устанавливают с зазором и фиксируют (резьбой, сваркой клеем или т.п.) чашеобразный полукожух 13 так, чтобы он был обращен открытой частью вверх и перекрывал фильтрационные отверстия 12 кожуха 8, а многорядные щетки 15 фильтра были расположены выше фильтрационных отверстий. Ниже чашеобразного полукожуха 13 снаружи кожуха жестко закрепляют (сваркой, клеем или т.п.) крупные металлические щетки 14 для обеспечения центрации кожуха 8 в скважине 1. Цилиндр 4 насоса с всасывающим клапаном 5 снизу снабжают внутренней трубкой 11 с фильтром тонкой очистки 16 и стаканом 17, обращенным вниз.

Перед спуском в скважину 1 в кожух 8 с зазором вставляют цилиндр 4 насоса с всасывающим клапаном 5, внутренней трубкой 11, фильтром тонкой очистки 16 и стаканом 17 и фиксируют относительно друг друга верхними частями при помощи соединения 9. Эту конструкцию в сборе на лифтовой колонне 3 спускают в скважину в интервал установки так, чтобы крупные металлические щетки 14 располагались выше продуктивного пласта 2. При спуске крупные металлические щетки 14 взаимодействуют со стенками скважины 1, исключая соударение кожуха 8 об эти стенки, то есть крупные металлические щетки 14 играют роль центраторов. После спуска лифтовую колонну 3 фиксируют на устье скважины 1. После чего в лифтовую колонну 3 на штангах 10, спускают плунжер 6 с нагнетательным клапаном 7 до входа в цилиндр 4, что определяют снижением веса штанг 10 на устье, например, при помощи устьевого индикатора веса (УИН - не показан). Устье скважины 1 герметизируют (например, устьевым герметизатором, превентором или т.п. - не показаны), а штанги 10 соединяют с наземным приводом.

При включении в работу наземный привод передает возвратно-поступательные передвижения штангам 10 с плунжером 6.

При ходе плунжера 6 вверх создается разряжение внутри цилиндра 4, под действием которого нагнетательный клапан 7 закрывается, жидкость выше плунжера 6 поднимется по лифтовой колонне 3 к устью скважины, а всасывающий клапан 5 - открывается, внутрь цилиндра 4 под действием перепада давлений продуктивного пласта 2 и разряжения внутри цилиндра 4 всасывается скважинная жидкость. При этом скважинная жидкость проходит через крупные металлические щетки 14, в которых задерживаются крупные фракции механических примесей, снаружи кожуха 8 поднимается до чашеобразного полукожуха 13, что дополнительно осаждает на крупные металлические щетки 14 фракции механических примесей, скорость осаждения которых выше скорости потока скважинной жидкости между кожухом 8 и стенками скважины. Далее скважинная жидкость проходит между чашеобразным полукожухом 13 и стенками скважины 1 через уменьшенный зазор, в котором увеличивается скорость потока скважинной жидкости и (согласно закона Бернулли) снижается статической давление, что способствует интенсивному выделению газа, поднимающегося по затрубью лифтовой колонны 3 в скважине 1 за счет меньшей плотности относительно скважинной жидкости. После чего скважинная жидкость, освобожденная от крупных фракций механических примесей, со стороны устья скважины 1 попадает в чашеобразный полукожух 13, проходит через многорядные щетки 15 фильтра, очищаясь от фракций механических примесей величиной больше зазора между щетинами многорядной щетки 15, и попадает через фильтрационные отверстия 12 внутрь кожуха 8, в котором опускается в сторону забоя скважины 1 до стакана 17, где резко меняет направление потока на противоположное (в сторону устья), при этом более инерционные механически примеси опускаются на дно кожуха 8, а большинство оставшихся самых мелких фракций механических примесей задерживаются фильтром тонкой очистки 16 и попадают во внутреннюю трубку 11 и далее через всасывающий клапан 5 в цилиндр 4. Не прошедшие фильтрационные отверстия 12 фракции механических примесей осаждаются на дно чашеобразного полукожуха 13

При ходе плунжера 6 вниз в цилиндре 4 создаётся избыточное давление, зарывающее всасывающий клапан 5 и открывающая нагнетательный клапан 7, в результате скважинная жидкость из цилиндра 4 через открытый нагнетательный клапан 7 из-за уменьшающегося объема под плунжером 6 перетекает в лифтовую колонну 3 для поднятия по ним в сторону устья при ходе вверх плунжера 6.

Далее циклы возвратно-поступательного перемещения плунжера 6 при помощи штанг 10 повторяют, и скважинная жидкость поднимается на поверхность.

При задержании механических фракций щетинами крупной металлической щетки 14 и многорядной щетки 15 они соударяются между собой и слипаются, увеличиваясь в размерах, что увеличивает из вес и способность к осаждению.

При этом щетины крупной металлической щетки 14 и многорядной щетки 15 при перемещении плунжера 5 в цилиндре 4 насоса очищаются самостоятельно без дополнительных операций (самоочистка).

При ходе плунжера 6 вверх в цилиндре 4 создается разрежение, которое стремиться также поднять и цилиндр 4, удерживаемый лифтовой колонной 3, что приводит сжатию лифтовой колонны 3 в пределах упругой деформации (примерно на 10-12 см при длине 1000 м) и, как следствие, подтягиванию металлической щетки 14 вверх на это же расстояние. При ходе плунжера 6 вниз лифтовая колонна 3 за счет упругих сил возвращается в исходное положение. При этом щетины крупной металлической щетки 14, взаимодействуя со стенками скважины 1 меняют свое положение и расстояние между щетинами, что приводит к постепенному опусканию вниз укрупнившемся фракциям по металлической щетке 14 и далее осаждаются под собственным весом на забой скважины 1, при этом очищая эту щетку 14.

При ходе плунжера 6 в цилиндре 4 вверх создается поток скважинной жидкости в пространстве между чашеобразным полукожухом 13 и кожухом 8, что приводит к отклонению щетины многорядной щетки 15 вниз, а при ходе плунжера 6 вверх - возвращаются за счет сил упругости в исходное положение, меняя положение и расстояние между щетинами, что приводит к постепенному опусканию вниз укрупнившемся фракциям по многорядной щетке 15 и далее осаждаться под собственным весом на дно чашеобразного полукожуха 13, при этом очищая и эту многорядную щетку 15.

Как показала практика такая скважинная штанговая насосная установка задерживает не менее 98% крупных фракций механических примесей, что как минимум в 3 раза выше, чем у аналогов, где - не более 94%, за счет самоочистки металлической щетки 14 и многорядной щетки 15 период между очистками фильтров вырос как минимум 2 раза, а межремонтный период насоса, состоящего из цилиндра 4 и плунжера 6, за счет меньшего износа в процессе работы вырос в 4 раза.

Предлагаемая скважинная штанговая насосная установка позволяет увеличить время между обслуживаниями и ремонтами насосной установки для ремонта насоса и очистки за счет тонкой очистки жидкости на входе насоса, предварительного отделения крупных частиц механических примесей и самоочистки фильтров.

Claims (1)

1. Скважинная штанговая насосная установка, включающая спущенные в скважину для поднятия скважинной жидкости из вскрытого продуктивного пласта лифтовую колонну, насос, состоящий из цилиндра с всасывающим клапаном на входе, плунжера с нагнетательным клапаном на выходе и заглушенного снизу полого цилиндрического кожуха, установленного с зазором относительно цилиндра и неподвижно и герметично соединенного своей верхней частью с цилиндром, штанги, соединяющие плунжер с наземным приводом, внутреннюю трубку, сообщающую вход насоса с кожухом, оснащенным боковыми фильтрационными отверстиями, которые перекрыты снаружи с зазором чашеобразным полукожухом, ниже которого на кожухе расположены центраторы, и фильтр, установленный перед входом в кожух и выполненный с возможностью очистки скважинной жидкости от механических примесей, отличающаяся тем, что внутренняя трубка оснащена фильтром тонкой очистки скважинной жидкости, чашеобразный полукожух обращен открытой частью к устью скважины, фильтр установлен между полукожухом и кожухом выше его боковых фильтрационных отверстий, изготовлен в виде многорядных щеток, перекрывающих пространство между чашеобразным полукожухом и кожухом, закрепленных на чашеобразном полукожухе и взаимодействующих с кожухом, центраторы изготовлены в виде наружных металлических щеток, установленных равномерно по периметру выше пласта с возможностью перекрытия пространства между кожухом и стенками скважины, при этом снаружи фильтра тонкой очистки расположен с зазором стакан, обращенный открытой частью к забою скважины.