скважинная штанговая насосная установка

Формула изобретения

1. Скважинная штанговая насосная установка для откачки эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей, содержащая колонну насосно-компрессорных труб с хвостовиком, штанговый насос с основным всасывающим клапаном и дополнительный всасывающий клапан, отличающаяся тем, что колонна насосно-компрессорных труб имеет опорное конусное седло, а цилиндр штангового насоса имеет посадочную коническую поверхность и установлен ею в опорном конусном седле, при этом указанный цилиндр имеет, по меньшей мере, одно отверстие, совмещенное с каналом в опорном конусном седле, соединенным с дополнительным всасывающим клапаном.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между опорным конусным седлом и посадочной конической поверхностью цилиндра насоса установлены два кольцевых уплотнения соответственно выше и ниже мест сообщения отверстий и канала.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в нефтедобыче при откачке эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей из добывающих скважин.

Известна скважинная штанговая насосная установка для откачки эмульсионных нефтей из нефтяных скважин, содержащая колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и штанговый насос (SU 1236161 А1, 1986). Недостаток данной конструкции - узкая область применения. Установка может использоваться при откачке нефтей с определенным процентным содержанием воды и нефти.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является скважинная штанговая насосная установка, содержащая колонну с хвостовиком, имеющую цилиндр с нижним и боковым всасывающими клапанами, обеспечивающими раздельный прием нефти и вод (SU 1323743 А2, F 04 B 47/02, 15.07.87).

Основной недостаток данной конструкции - низкая работоспособность в глубоких скважинах. Поскольку цилиндр насоса жестко связан как с колонной насосно-компрессорных труб, так и с хвостовиком, то при большем весе хвостовика возрастает требование в паре цилиндр-плунжер, что отрицательно сказывается на работоспособности насоса, а при наличии механических примесей в нефти насос неработоспособен.

Задача изобретения состоит в обеспечении возможности добычи эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей из глубоких нефтяных скважин путем достижения технического результата - исключения влияния веса хвостовика на работу насоса, что позволяет повысить текущую добычу нефти из глубоких нефтяных скважин и увеличить ресурс наработки глубинного оборудования.

Указанный результат достигается за счет вставного исполнения насоса, а именно в скважинной штанговой насосной установке для откачки эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей, содержащей колонну насосно-компрессорных труб с хвостовиком, штанговый насос с основным всасывающим клапаном и дополнительный всасывающий клапан, колонна НКТ имеет опорное конусное седло, а цилиндр штангового насоса имеет посадочную коническую поверхность и установлен ею в опорном конусном седле, причем цилиндр штангового насоса имеет, по меньшей мере, одно отверстие и опорное конусное седло имеет отверстие, совмещенное с одним из отверстий указанного цилиндра и соединенное с дополнительным всасывающим клапаном. При этом между опорным конусным седлом и посадочной конической поверхностью цилиндра могут быть установлены два кольцевых уплотнения выше и ниже радиальных отверстий. На опорное конусное седло верхней приемной камеры, связанной жестко с колонной насосно-компрессорных труб, устанавливается цилиндр с нижней приемной камерой путем посадки конуса в седло, и полость цилиндра разобщается от насосно-компрессорных труб и хвостовика. Гидравлическая связь цилиндра со скважиной осуществляется через клапаны верхней и нижней приемных камер.

На чертеже схематично представлена конструкция скважинной штанговой насосной установки. Установка содержит колонну 1 насосно-компрессорных труб (НКТ), на которой установлена кольцевая вставка 2 с дополнительным клапаном 3. Внутри кольцевой вставки 2 - опорное конусное седло 4 с радиальным каналом 5, обеспечивающим гидравлическую связь всасывающего клапана 3 с опорным конусным седлом 4. Цилиндр 6 штангового насоса с нижней приемной камерой 7 для воды и основным всасывающим клапаном 8 при установке его своей посадочной конусной поверхностью 9 садится на опорное конусное седло 4 и разобщает цилиндр 6 от колонны 1 насосно-компрессорных труб и хвостовика 10, который при этом кольцевой вставкой 1 разобщен и от насосно-компрессорных труб 1. Полость цилиндра 6 с помощью одного из радиальных отверстий 11 в стенках цилиндра 6, радиального канала 5 и всасывающего клапана 3 гидравлически связана с затрубным пространством скважины, а через основной всасывающий клапан 8 - с хвостовиком 10.

В цилиндре 6 штангового насоса размещен плунжер 12 с нагнетательным клапаном 13. В кольцевых проточках кольцевой вставки 2 установлены уплотнительные клапанные элементы 14, герметизирующие радиальные отверстия 11 и канал 5.

Скважинная штанговая насосная установка работает следующим образом. Когда плунжер 12 находится в крайнем нижнем положении, давление под ним соответствует величине давления на выходе насоса, при этом нагнетательный клапан 13 еще открыт, а всасывающие клапаны 3, 8 закрыты. Под плунжером 12 в этот момент находится пластовая вода. При ходе плунжера 12 вверх нагнетательный клапан 13 закрывается, в приемной камере 7 давление снижается и в момент равенства давлений в приемной камере 7 и у выхода всасывающего клапана 8 последний открывается и в полость цилиндра 6 поступает вода из хвостовика 10.

Поступление воды в полость цилиндра 6 продолжается до тех пор, пока торец плунжера 12 не достигнет дополнительного клапана 3 приемной камеры 2. В этот момент открывается дополнительный всасывающий клапан 3 для нефти, а основной всасывающий клапан 8 для воды закрывается, т.к. давление в цилиндре 6 возрастает до величины давления у приема всасывающего клапана 3. При этом в цилиндр 6 начинает поступать нефть из затрубного пространства скважины. Более высокое давление у приема верхнего всасывающего клапана 3 обусловлено тем, что по хвостовику 10 и затрубному пространству скважины извлекаются флюиды с различной плотностью.

Поступление в цилиндр 6 продукции из затрубного пространства продолжается до тех пор, пока плунжер 12 не достигнет крайнего верхнего положения. В этот момент верхняя часть цилиндра 6 будет заполнена нефтью или нефтегазовой смесью, а нижняя его часть - пластовой водой. Линия раздела воды и нефти проходит в том месте, где вводится нефть в полость цилиндра 6. Объем воды, заполнившей нижнюю часть цилиндра 6, равен объему воды, поступившей на забой скважины за один цикл работы насоса. Это соотношение между отбором и притоком флюида достигается подгонкой плунжера 12, т.е. регулировкой расстояния от всасывающего клапана 8 нижней приемной камеры 7 до плунжера 12 при крайнем нижнем его положении. При движении плунжера 12 вниз дополнительный всасывающий клапан 3 закрывается и давление в цилиндре 6 начинает подниматься. В момент равенства давлений над и под плунжером 12 открывается нагнетательный клапан 13 и нефть или нефтегазовая смесь перетекает из цилиндра 6 в колонну 1 насосно-компрессорных труб. Этот процесс продолжается до тех пор, пока плунжер 12 не достигнет линии раздела нефти и воды в цилиндре 6. В дальнейшем при перемещении плунжера 12 вниз в колонну 1 насосно-компрессорных труб поступает пластовая вода. Это будет продолжаться до того момента, пока плунжер 12 не займет крайнее нижнее положение.

При ходе плунжера 12 вверх цикл работы насоса повторится.