насосная установка для добычи нефти из глубоких скважин

Формула изобретения

1. Насосная установка для добычи нефти из глубоких скважин, включающая два гидравлически последовательно соединенных плунжерных насоса, размещенных в скважине на разной глубине, колонну насосно-компрессорных труб, спущенную в скважину до уровня расположения нижнего насоса, и колонну насосных штанг, с которой соединен плунжер верхнего насоса, отличающаяся тем, что верхний насос установлен внутри колонны насосно-компрессорных труб, а нижний насос - в призабойной части скважины, при этом его плунжер соединен с нижним концом колонны насосно-компрессорных труб.

2. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что нижний насос снабжен средствами для постановки на забой в виде соединенной с цилиндром насоса перфорированной трубы-удлинителя с заглушенным нижним концом, которым она оперта на забой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике для добычи нефти, в частности к скважинным насосным установкам, и может быть использовано в нефтяной промышленности для добычи нефти из глубоких скважин.

В настоящее время при глубинно-насосной эксплуатации скважин наиболее широкое применение находят глубинные штанговые насосы. Однако с увеличением глубины спуска таких насосов возникает ряд специфических проблем, к числу основных из которых относятся проблемы снижения нагрузки на штанги и головку балансира станка-качалки, уменьшения утечек в паре плунжер-цилиндр и преодоления отрицательного влияния на подачу насоса удлинения колонн насосных штанг и насосно-компрессорных труб (НКТ).

Известно предложение, направленное на комплексное решение указанных проблем, состоящее в оснащении скважинного штангового насоса подпорным гидроусилителем, выполненным в виде укрепленного на его приеме струйного насоса, рабочая жидкость для которого отбирается со стороны нагнетания штангового насоса [1].

Однако отбор необходимой для работы струйного насоса жидкости снижает производительность насосной установки, а наличие у струйного насоса сопла с малым проходным сечением - надежность ее работы, т.к. отложение парафина в сопле ведет к его закупорке и переходу насосной установки на режим работы обычного штангового насоса, в результате чего увеличиваются нагрузки на штанги и возрастает вероятность их обрыва.

Указанные недостатки устранены в насосной установке для добычи нефти из глубоких скважин, содержащей два последовательно работающих плунжерных насоса, размещенных в скважине на разной глубине, две параллельные колонны насосных штанг, две параллельные колонны НКТ и расположенное в скважине на заданной глубине специальное приспособление, направляющее откачиваемую жидкость из нижнего насоса к приему верхнего насоса [2].

Недостатками этой насосной установки являются большое количество необходимого оборудования и повышенный расход электроэнергии, что приводит к повышению себестоимости добычи нефти.

Изобретение решает задачу создания насосной установки для добычи нефти из глубоких скважин, которая при сохранении положительных характеристик известной установки включала бы меньшее количество оборудования и обеспечивала снижение расхода электроэнергии.

Поставленная задача решается тем, что в насосной установке для добычи нефти из глубоких скважин, содержащей два гидравлически последовательно соединенных плунжерных насоса, размещенных в скважине на разной глубине, колонну насосно-компрессорных труб, спущенную в скважину до уровня расположения нижнего насоса, и колонну насосных штанг, с которой соединен плунжер верхнего насоса, верхний насос установлен внутри колонны НКТ, а нижний насос - в призабойной части скважины, для чего он снабжен средствами для постановки на забой, например, в виде соединенной с цилиндром насоса перфорированной трубы - удлинителя с заглушенным нижним концом, которым она оперта на забой, при этом плунжер насоса соединен с нижним концом колонны НКТ.

Указанные особенности выполнения предлагаемой установки позволяют исключить из ее состава устройство для перепуска откачиваемой жидкости от нижнего насоса к приему верхнего насоса и отдельную колонну НКТ для верхнего насоса, а также колонну насосных штанг для нижнего насоса, т.к. благодаря соединению его плунжера с нижним концом колонны НКТ, возвратно-поступательное перемещение плунжера нижнего насоса обеспечивается за счет последовательных удлинений и сокращений колонны НКТ в результате изменения нагрузки на нее при работе установки, что позволяет также снизить расход электроэнергии.

На чертеже схематически изображена предлагаемая установка для добычи нефти из глубоких скважин.

Она включает верхний плунжерный насос 1 с цилиндром 2, плунжером 3 и всасывающим и нагнетательным клапанами 4 и 5, нижний плунжерный насос 6 с цилиндром 7, плунжером 8 и всасывающим и нагнетательным клапанами 9 и 10, колонну насосно-компрессорных труб 11, спущенную в скважину 12 до уровня расположения нижнего насоса 6, и колонну насосных штанг 13, с которой соединен плунжер 3 верхнего насоса 1. Верхний насос 1 установлен внутри колонны НКТ 11, в которой он закреплен известным способом с помощью замковой опоры 14, обеспечивающей также уплотнение между его цилиндром 2 и колонной НКТ 11, а нижний насос 6 установлен в призабойной части скважины 12, для чего он снабжен соответствующими средствами, например, в виде соединенной с цилиндром насоса 7 перфорированной трубы - удлинителя 15 с заглушенным нижним концом, которым она опирается на забой 16 скважины. Для обеспечения центрального положения в скважине насос 6 может быть снабжен центратором 17. Плунжер 8 насоса 6 соединен с нижним концом колонны НКТ 11. Параметры насосов 1 и 6 выбираются из условия обеспечения равенства их подач, при этом ввиду меньшей величины хода плунжера 8 нижнего насоса, диаметр его цилиндра 7 будет больше диаметра цилиндра 2 верхнего насоса. Согласование подач насосов 1 и 6 обеспечивается выбором длины хода головки балансира станка-качалки. Последовательно гидравлическое соединение двух насосов обеспечивает участок НКТ, находящийся между ними.

Нижний насос 6 опускается в скважину 12 на колонне НКТ 11 и устанавливается в призабойной части скважины 12 с помощью трубы - удлинителя 15, через которую он опирается на забой 16 скважины, и центратора 17, обеспечивающего расположение насоса по оси скважины 12. А верхний насос 1 спускается на колонне насосных штанг 13 и закрепляется внутри колонны НКТ 11 известным способом с помощью замковой опоры 14.

При работе насосной установки плунжер 3 верхнего насоса 1, перемещаемый посредством колонны насосных штанг 13, совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 2. При ходе плунжера 3 вверх нагнетательный клапан 5 действием столба жидкости, находящийся над ним, закрыт, жидкость по НКТ подается вверх и происходит выброс ее на устье скважины. При этом нагрузка от веса столба жидкости над плунжером 3 перестает действовать на трубы колонны 1, они сокращаются и связанные с ними плунжер 8 нижнего насоса 6 перемешается вверх. Жидкость из скважины 12 через открытый клапан 9 заполняет полость цилиндра 7, находящуюся ниже плунжера 8, а из полости выше плунжера 8 через открытый клапан 4 нагнетается в цилиндр 2, в полость ниже плунжера 3, создавая подпор на приеме верхнего насоса 1 и тем самым снижая нагрузку на колонну насосных штанг 13 и сокращая утечки в паре плунжер-цилиндр верхнего насоса 1.

При нисходящем ходе плунжера 3 нагнетательный клапан 5 верхнего насоса 1 открывается, а всасывающий клапан 4 закрывается. Нагрузка от веса столба жидкости над плунжером 3 передается на трубы колонны 11, в результате чего они удлиняются и связанный с ними плунжер 8 нижнего насоса 6 перемещается вниз. Жидкость из полости насоса 1, находящейся ниже плунжера 3, поступает в полость над плунжером 3, а жидкость из камеры под плунжером 8 нижнего насоса 6 через открытый клапан 10 перетекает в камеру над плунжером этого насоса.

При последующем возвратно-поступательном движении плунжера 3 в цилиндре 2 верхнего насоса 1 описанный рабочий цикл повторяется.

Таким образом, благодаря соединению плунжера нижнего насоса с нижним концом колонны НКТ и установке верхнего насоса внутри колонны НКТ привод нижнего насоса обеспечивается за счет последовательных удлинений и сокращений колонны НКТ, а последовательная работа двух насосов не требует использования специального перепускного устройства. В результате этого в предлагаемой насосной установке при сохранении положительных свойств известной установки (разгрузка колонны насосных штанг и сокращение утечек в паре плунжер-цилиндр за счет создания подпора на приеме верхнего насоса) достигается сокращение потребного оборудования (вторых колонн НКТ и штанг) и снижение расхода электроэнергии.

Источники информации

1. Журнал "Нефтяное хозяйство", 1989, N 1, с. 51-54.

2. И. М. Муравьев и др. Насосная эксплуатация скважин за рубежом. - М.: Недра, 1967, с. 40-41 (прототип).