Результат интеллектуальной деятельности: ШТАНГОВЫЙ ГЛУБИННЫЙ НАСОС ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН

Предлагаемое изобретение относится к области нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче высоковязкой нефти из малодебитных горизонтальных скважин штанговыми глубинными насосами.

Известен самоустанавливающийся клапан глубинного насоса, работающего в горизонтальных скважинах [Патент РФ №2382904, МПК F04B 53/00, F16K 15/04, опубликован 27.02.2010], включающий корпус, седло, рабочий шар, центратор с центральной осью, наклонным лотком, установленным на оси эксцентрично с возможностью свободного вращения и самоустановки в горизонтальной скважине, и второй вспомогательный шар, размещенный над первым рабочим и используемый в качестве груза, заставляющего своим весом рабочий шар лучше закрывать отверстие в седле.

Предлагаемый самоустанавливающийся клапан справляется с трудностями закрытия всасывающего клапана в горизонтальных скважинах при добыче высоковязкой нефти. Однако этот всасывающий клапан, который расположен в цилиндрической части насоса, недостаточно обеспечивает работу в качестве нагнетательного клапана, находящегося в плунжере, из-за существенно меньших размеров его шаров. В высоковязкой нефти в горизонтальной скважине малые клапаны начинают зависать и с опозданием закрывать проходное отверстие в седле, что приводит к уменьшению коэффициента подачи и соответственно к значительным потерям добываемой нефти.

Известен штанговый насос для добычи высоковязкой песчаной нефти, работающий в горизонтальных скважинах (прототип) [Патент РФ №2530976, МПК F04B 47/00, опубликован 20.10.2014], включающий цилиндр с размещенным в нем всасывающим клапаном и плунжером с золотниковым механизмом и компрессионной пружиной для принудительного устранения зависания и более надежного закрытия нагнетательного клапана.

Принудительное закрытие нагнетательного клапана обеспечивает его надежную работу. Однако конструкция золотникового механизма с компрессионной пружиной весьма сложна. К тому же этот механизм в предлагаемом насосе необходимо применять дважды - не только для нагнетательного, но и для всасывающего клапана. В прототипе же показано применение только для нагнетательного клапана, а всасывающий оставлен традиционным.

Целью предлагаемого изобретения является устранение вышеупомянутых недостатков.

Эта цель достигается тем, что в предлагаемом штанговом глубинном насосе для горизонтальных скважин, включающем цилиндр, плунжер, самоустанавливающиеся всасывающий и нагнетательный клапаны и шток, который выполнен полым и сочленен одним концом с плунжером, а другим концом - с вынесенным из плунжера самоустанавливающимся нагнетательным клапаном и заключенным в автономный корпус большего диаметра, размещенный в насосно-компрессорной трубе.

На фиг. 1 показан общий вид в разрезе штангового глубинного насоса с самоустанавливающимися всасывающим и нагнетательным клапанами в традиционной компоновке: 1 - цилиндр; 2 - насосно-компрессорная труба (НКТ); 3 - штанга; 4 - шток; 5 - цилиндр; 6 - выходные отверстия; 7 - седло с седлодержателем; 8 - рабочий шар всасывающего клапана; 9 - вспомогательный шар всасывающего клапана; 10 - эксцентричный груз; 11 - проходные отверстия в центраторе; 12 - центратор всасывающего клапана; 13 - ось эксцентричного груза; 14 - седло с седлодержателем нагнетательного клапана; 15 - рабочий шар нагнетательного клапана; 16 - вспомогательный шар нагнетательного клапана; 17 - эксцентричный груз нагнетательного клапана; 18 - проходные отверстия в центраторе; 19 - центратор нагнетательного клапана; 20 - ось эксцентричного груза.

На фиг. 2 показан общий вид в разрезе штангового глубинного насоса с самоустанавливающимися всасывающим и нагнетательным клапанами в предлагаемой нетрадиционной компоновке: 1 - цилиндр; 2 - насосно-компрессорная труба (НКТ); 3 - штанга; 4 - шток; 5 - цилиндр; 6 - выходные отверстия; 7 - седло с седлодержателем; 8 - рабочий шар всасывающего клапана; 9 - вспомогательный шар всасывающего клапана; 10 - эксцентричный груз; 11 - проходные отверстия в центраторе; 12 - центратор всасывающего клапана; 13 - ось эксцентричного груза; 14 - седло с седлодержателем нагнетательного клапана; 15 - рабочий шар нагнетательного клапана; 16 - вспомогательный шар нагнетательного клапана; 17 - эксцентричный груз нагнетательного клапана; 18 - проходные отверстия в центраторе; 19 - центратор нагнетательного клапана; 20 - ось эксцентричного груза; 21 - выносной автономный корпус нагнетательного клапана.

Традиционный глубинный насос для горизонтальных скважин (фиг. 1) включает цилиндр 1 с плунжером 5, в котором размещены седло с седлодержателем 14, рабочий 15 и вспомогательный 16 шары, наклонный лоток с эксцентричным грузом 17 с возможностью свободного вращающения на оси 20 в центраторе 19 с проходными отверстиями 18. Плунжер 5 выполнен с выходными отверстиями 6. С плунжером 5 жестко состыкован шток 4, к которому присоединена штанга 3. Всасывающий клапан состоит из седла с седлодержателем 7, рабочего 8 и вспомогательного 9 шаров, наклонного лотка с эксцентричным грузом 10 с возможностью свободного вращения на оси 13 в центраторе 12 с проходными отверстиями 11. Из чертежа на фиг. 1 видно, что рабочий 15 и вспомогательный 16 шары нагнетательного клапана, размещенного в плунжере 5, существенно уступают рабочему 8 и вспомогательному 9 шарам всасывающего клапана. Если сравнить по весу, то эти пары шаров различаются в 2-3 раза. Отсюда зависание нагнетательных шаров 15,16 в высоковязкой нефти и ненадежность закрытия ими отверстий в седле в горизонтальной скважине будет также существенным.

В предлагаемом глубинном насосе (фиг. 2) нагнетательный клапан вынесен в автономном корпусе 21 в насосно-компрессорную трубу (НКТ) 2. Плунжер 5 без выходных отверстий 6 (фиг. 1) сочленен полым штоком (фиг. 2) с выносным корпусом 21 нагнетательного клапана. В результате увеличенного диаметра корпуса нагнетательного клапана его рабочий 15 и вспомогательный 16 шары примерно сравниваются с таковыми у всасывающего клапана. К тому же вспомогательные шары 9 и 16 во всасывающем и нагнетательном клапанах могут быть утяжелены в 2,5 раза за счет использования вольфрама вместо стали, что уменьшит зависание рабочих шаров 8 и 15 в высоковязкой нефти и повысит надежность закрытия отверстий в седле.

Предлагаемый глубинный насос для горизонтальных скважин работает следующим образом.

Глубинный насос (фиг. 2) спускается в горизонтальную скважину на колонне НКТ. Затем колонна штанг с последней центрированной 3 стыкуется с насосом. После чего насос начинает работать как традиционный, но с увеличенным коэффициентом подачи за счет повышения эффективности работы нагнетательного клапана, которая обусловлена уменьшением утечки нефти, за счет меньшего зависания рабочего шара 15 и более надежного закрытия отверстия в седле. Увеличенные рабочий 15 и вспомогательный 16 шары способствуют своевременному закрытию отверстия в седле 14 и более надежно закрывают его при нагнетании (подаче) добываемой нефти. Предлагаемый насос может работать с типовыми (стандартными) цилиндром и плунжером. Причем выносной нагнетательный клапан (вернее «потроха» его) могут быть использованы от другого типового насоса, но большего диаметра. Уникальным является лишь полый шток.

Производственные испытания предлагаемого насоса, проведенные в горизонтальных малодебитных (3-6 м³/сут) скважинах с высоковязкой нефтью в Татарстане, подтвердили высокую эффективность предложенной компоновки. При эксплуатации скважин с традиционными насосами эти скважины переходили в нерентабельные. Дебит в них снижался с 3 м³/сут (граница рентабельности) до 1 м³/сут. Применение предлагаемого насоса восстановило дебит таких скважин и даже с существенным его возрастанием.

Технический эффект: повышается эффективность работы штангового глубинного насоса в малодебитных горизонтальных скважинах с высоковязкой нефтью за счет повышения коэффициента подачи добываемой нефти.