Результат интеллектуальной деятельности: Компрессор к станку-качалке для отвода газа из затрубного пространства нефтяной скважины

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована для отбора газа из затрубного пространства скважины, оборудованной штанговым глубинным насосом.

Установка для добычи нефти (патент на ПМ RU № 101491, МПК E21B 43/00, опубл. 20.01.2011 Бюл. № 2), характеризующаяся тем, что она содержит станок-качалку, глубинный насос, подвесной компрессор двойного действия с приводом от балансира станка-качалки и распределительный механизм самодействующего типа, выполненный в виде двух всасывающих и двух нагнетательных клапанов, размещенных, соответственно, на входах и выходах верхней и нижней рабочих полостей цилиндра компрессора, при этом всасывающие клапаны подсоединены посредством гибкого всасывающего патрубка к первому сепаратору, вход которого подключен к затрубному пространству скважины, а нагнетательные клапаны подсоединены через гибкий нагнетательный патрубок ко второму сепаратору, подключенному к промысловому газовому коллектору.

Недостатком данной установки является низкая надежность и небольшой межремонтный период из-за отсутствия смазки движущихся механизмов компрессора.

Наиболее близким по технической сущности является подвесной компрессор к станку-качалке для отвода газа из затрубного пространства нефтяной скважины (патент на ПМ RU № 169890, МПК E21B 43/00, F04B 35/01, опубл. 05.04.2017 Бюл. № 10), включающий прикрепленные к балансиру станка-качалки и его опоре шарниры цилиндра и штока поршня, трубопроводы, связывающие нагнетательную область цилиндра с затрубным пространством и отводящим трубопроводом через соответствующие всасывающий и нагнетательный клапаны, причем цилиндр компрессора частично заполнен маслом, причем поршень по периметру герметично взаимодействует с внутренней поверхностью цилиндра с возможностью возвратно-поступательного движения, разделяя цилиндр на полости высокого - нагнетательную область и низкого давления, при этом полость низкого давления сообщена с полостью высокого давления обводным каналом с клапаном, пропускающим в сторону полости высокого давления, причем шток изготовлен полым.

Недостатком данной установки является низкая надежность и небольшой межремонтный период из-за отсутствия смазки движущихся механизмов компрессора сверху поршня.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание конструкции компрессора к станку-качалке для отвода газа из затрубного пространства нефтяной скважины, позволяющего повысить надежность и увеличить межремонтный период за счет смазки движущихся механизмов компрессора сверху поршня.

Техническая задача решается компрессором к станку-качалке для отвода газа из затрубного пространства нефтяной скважины, включающим прикрепленные к балансиру станка-качалки и его опоре шарниры цилиндра и штока поршня, трубопровод, связывающий полость цилиндра с затрубным пространством, и отводящий трубопровод с соответствующими всасывающим и нагнетательным клапанами, причем цилиндр компрессора частично заполнен снизу маслом, а поршень по периметру герметично взаимодействует с внутренней поверхностью цилиндра с возможностью возвратно-поступательного движения, разделяя цилиндр на верхнюю и нижнюю полости, сообщенные обводным каналом с клапаном, пропускающим в сторону верхней полости.

Новым является то, что цилиндр изготовлен дифференциальным, состоящим из нижнего широкого цилиндра с нижней полостью и верхнего узкого цилиндра с верхней полостью, а трубопровод от затрубного пространства скважины сообщен с нижней полостью, снизу цилиндр снабжен соосной цилиндрической масляной камерой, при этом поршень сверху соединен со штоком, изготовлен ступенчатым, состоящим из верхней и нижней частей под соответствующие верхний и нижний цилиндры, оснащен снизу цилиндрическим соосным выступом под масляную камеру, с который взаимодействует при перемещении поршня вниз относительно цилиндра, и каналом, сообщающим масляную камеру и верхнюю полость цилиндра через клапан, пропускающий масло снизу вверх, причем масляная камера сообщена с емкостью, заполненной маслом, через масляный клапан, пропускающим внутрь нижней камеры и настроенным на большее усилие открытие, чем другие клапаны.

Новым является также то, что обводной канал оснащен охладителем.

На чертеже изображена схема компрессора.

Компрессор к станку-качалке для отвода газа из затрубного пространства (затрубье) нефтяной скважины (не показаны) включает прикрепленные к балансиру 1 станка-качалки (показаны условно) и его опоре 2 шарниры 3 и 4 соответственно штока 5 поршня 6 и цилиндра 7, трубопровод 8, связывающий полость 9 цилиндра с затрубным пространством, и отводящий трубопровод 10 с соответствующими всасывающим 11 и нагнетательным 12 клапанами. Цилиндр 7 компрессора частично заполнен снизу маслом, а поршень 6 по периметру герметично взаимодействует с внутренней поверхностью цилиндра 7 с возможностью возвратно-поступательного движения, разделяя цилиндр на верхнюю 13 и нижнюю 9 полости, сообщенные обводным каналом 14 с клапаном 15, пропускающим в сторону верхней полости 13. Цилиндр 7 изготовлен дифференциальным, состоящим из нижнего широкого цилиндра 16 с нижней полостью 9 и верхнего узкого цилиндра 17 с верхней полостью 13. Трубопровод 8 от затрубного пространства скважины сообщен с нижней полостью 9. Снизу цилиндр 7 снабжен соосной цилиндрической масляной камерой 18. Поршень 6 сверху соединен со штоком 5, изготовлен ступенчатым, состоящим из верхней 19 и нижней 20 частей под соответствующие верхний 17 и нижний 16 цилиндры, оснащен снизу цилиндрическим соосным выступом 21 под масляную камеру 18, с которой взаимодействует при перемещении поршня 6 вниз относительно цилиндра 7. В поршне 6 выполнен канал 22, сообщающий масляную камеру 18 и верхнюю полость 13 цилиндра 7 через клапан 23, пропускающий масло снизу-вверх. Масляная камера 18 сообщена с емкостью 24, заполненной маслом, маслопроводом 25 через масляный клапан 26, пропускающим внутрь нижней камеры 9 и настроенным на большее усилие открытие, чем другие клапаны 11, 12 и 15.

При добыче высокотемпературной продукции (например, при добыче вязкой, высоковязкой нефти и/или битума) для увеличения плотности газа за счет охлаждения и, как следствие, увеличения эффективности работы компрессора обводной канал 14 оснащают охладителем 27.

Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность компрессора, на чертеже не показаны или показаны условно.

Компрессор работает следующим образом.

Компрессор, масляная камера 18 которого заполнена маслом, в сборе соединяют со станком-качалкой. Цилиндр 7 через шарнир 4 присоединяют к опоре 2 станка-качалки, а шток 5 через шарнир 3 – к балансиру 1 станка-качалки. К цилиндру 7 подсоединяют трубопроводы 8 и 10, а также маслопровод 25, идущий от емкости 24. После чего станок-качалку запускают в работу. При ходе балансира 1 станка-качалки вверх относительно опоры 2 вместе со штоком 5 и поршнем 6, под нижней частью 20 поршня 6 в полости 9 нижнего цилиндра 16 создается разряжение, клапан 11 открывается, и газ из затрубья скважины по трубопроводу 8 поступает в полость 9 при закрытом клапане 15. При этом в верхней камере 13 верхнего цилиндра 17 над верхней частью 19 поршня 6 создаётся избыточное давление, открывающее клапан 12 и направляющее газ из полости 13 в отводящий трубопровод 10, а газ из нижнего цилиндра 16 сверху нижней части 20 поршня 16 стравливается через отверстия 28 наружу. При ходе балансира 1 станка-качалки вниз относительно опоры 2 вместе со штоком 5 и поршнем 6, под нижней частью 20 поршня 6 в полости 9 нижнего цилиндра 16 создается избыточное давление, клапан 11 закрывается. При этом в верхней камере 13 над верхней частью 19 поршня 6 создаётся разряжение, закрывающее клапан 12. В результате клапан 15 открывается, и газ из полости 9 по обводному каналу 14 поступает в полость 9. В обводном канале 14 при необходимости снижения температуры газ прокачивается через предварительно установленный охладитель 27. При наличии большего объема газа, поступающего из полости 9 в полость 13, чем объем камеры 9, излишек газа стравливается через открывающийся клапан 12 в отводящий трубопровод 10. Так как масляный клапан 26 настроен на большее усилие открытие, чем другие клапаны 11, 12 и 15, то он остается в закрытом состоянии до входа выступа 21 поршня 6 в масляную камеру 18 цилиндра 7 при перемещении поршня 6 вниз цилиндра 7. При входе выступа 21 в масляную камеру 18 в ней создается избыточное давление, открывающее клапан 23, через который масло из масляной камеры 18 выдавливается в канал 22 поршня 6. При ходе поршня 6 вверх выступ 21 выходит из масляной камеры 18, создавая в ней разряжение, закрывающее клапан 23 поршня 6 и открывающее масляный клапан 26, через который по маслопроводу 25 масло из емкости 24 поступает в масляную камеру 18 и нижний цилиндр 16. При повторении циклов подъема и опускания поршня 6 относительно цилиндра 7 газ трубопровода 8 перекачивается в отводной трубопровод 10, а масло из ёмкости 24 постепенно перекачивается в нижний цилиндр 16 и по каналу 22 поршня 6 в полость 13. Нижняя часть 20 поршня 6 в нижней точке в нижнем цилиндре 16 обмакивается в масло и при ходе верх смазывает стенки нижнего цилиндра 16, а масло, поступающее в полость 13 по каналу 22, располагается сверху верхней части 19 поршня 6 и смазывает стенки верхнего цилиндра 17 при перемещении внутри него. Таким образом обеспечивается смачивание машинным маслом всех трущихся поверхностей поршня 6 и цилиндра 7 увеличивая надежность, срок службы и межремонтный период компрессора.

Предлагаемый компрессор к станку-качалке для отвода газа из затрубного пространства нефтяной скважины позволяет повысить надежность и увеличить межремонтный период за счет смазки движущихся механизмов компрессора и сверху поршня.