Результат интеллектуальной деятельности: ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для эксплуатации нефтяных скважин с высоким газовым фактором, а также для скважин, где эксплуатацию осуществляют при низких динамических уровнях.

Известна штанговая насосная установка (RU 2186949 C2, 2000.04.10), в которой в процессе добычи нефти с начала восходящего хода плунжера свободный газ, скапливающийся в межтрубном пространстве скважины, вводят во внутреннюю полость цилиндра для откачивания его совместно с газожидкостной смесью, а в конце восходящего хода плунжера для увеличения коэффициента наполнения установки и обеспечения откачивания свободного газа во внутреннюю полость цилиндра, под действием давления столба жидкости, находящегося в насосно-компрессорных трубах (НКТ), из кольцевого пространства вводят отсепарированную жидкость, которую направляют в него по стенкам НКТ из восходящего потока под действием гравитационных сил, при этом отсепарированную жидкость дросселируют для дополнительного выделения из нее газа и понижения давления во внутренней полости цилиндра.

Недостатком данной конструкции является то, что во время эксплуатации насосной установки постоянно имеет место гидравлическая связь между полостью НКТ над плунжером скважинного насоса и приемной полостью под нагнетательным клапаном плунжера, что приводит к тому, что вследствие значительного превышения гидростатического давления жидкости в колонне НКТ над давлением всасывания затрудняется процесс открытия всасывающего клапана и то, что это же гидростатическое давление и препятствует отводу свободного газа из-под плунжера насоса.

Известна также скважинная штанговая насосная установка (RU 2196249 С1, 2001.05.11) для откачки эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей, содержащая колонну НКТ с хвостовиком, штанговый насос с основными и дополнительными всасывающими клапанами, причем насос садится на опорное конусное седло.

Недостатком данной насосной установки является то, что конструкция не позволяет откачать из забоя скважины имеющуюся там воду или жидкость. Кроме того, не решена проблема отвода свободного газа, скапливающегося под плунжером насоса.

Наиболее близким к предложенному технологическому решению является глубинный штанговый насос (RU 2165010 С1, 16.08.1999), включающий в себя цилиндр, расположенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер с нагнетательным клапаном, втулочный упор плунжера, всасывающий клапан, расположенный сбоку вне зоны действия плунжера.

Недостатком данной конструкции является то, что при повышенном газовом факторе скважины над плунжером насоса нарастает «шапка» свободного газа, которая существенно снижает коэффициент наполнения насоса и оказывает нежелательное влияние на работу штанговой насосной установки. Кроме того, при движении плунжера вниз жидкость из колонны нефтяных труб свободно перетекает в межтрубное пространство через радиальное отверстие, тем самым снижая производительность насоса.

Задача изобретения состоит в повышении производительности трубных штанговых насосов во время добычи нефти на месторождениях с высоким газовым фактором.

Поставленная задача достигается тем, что штанговая насосная установка, включающая в себя колонну насосно-компрессорных труб, на которой закреплен штанговый насос, состоящий из цилиндра, расположенного в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения плунжера с нагнетательным клапаном, всасывающего клапана, причем в цилиндре выполнено по меньшей мере одно радиальное отверстие, сообщенное с межтрубным пространством, согласно изобретению всасывающий клапан расположен в нижней части цилиндра, а радиальное отверстие сообщается с межтрубным пространством через закрепленный на наружной поверхности цилиндра корпус, содержащий по меньшей мере один перепускной клапан, и расположено выше верхнего торца плунжера при его крайнем нижнем положении и ниже нижнего торца плунжера при его крайнем верхнем положении в цилиндре.

Перепускной клапан может быть устроен так, что под действием гравитационных сил будет стремиться находиться в открытом положении.

На фиг.1 изображена штанговая насосная установка при ходе плунжера вверх; на фиг.2 - насосная установка при ходе плунжера вниз.

Штанговая насосная установка состоит из колонны насосно-компрессорных труб 1 и закрепленного на ней насоса, состоящего из цилиндра 2 с всасывающим клапаном 3, расположенным в его нижней части. Внутри цилиндра 2 с возможностью возвратно-поступательного движения расположен плунжер 4 с нагнетательным клапаном 5. Плунжер 4 соединен с колонной насосных штанг 6. На боковой поверхности цилиндра 2 выполнено радиальное отверстие 7, соединяющее приемную камеру 8 насоса с межтрубным пространством 9 через закрепленный на наружной поверхности цилиндра 2 корпус 10, в полости 11 которого расположен один или несколько перепускных клапанов 12. Седло 13 клапана 12 устроено сверху клапана, поэтому клапан 12 находится в открытом положении под действием силы тяжести. При этом радиальное отверстие 7 расположено таким образом, что верхний торец 14 плунжера 4 при его крайнем нижнем положении в цилиндре 2 (фиг.2) оказывается ниже данного отверстия, а нижний торец 15 плунжера 4 при его крайнем верхнем положении в цилиндре 2 оказывается выше отверстия (фиг.1).

Штанговая насосная установка работает следующим образом.

При движении плунжера 4 вверх из крайнего нижнего положения (фиг.1) давление в приемной камере 8 насоса снижается, открывается всасывающий клапан 3 и пластовый флюид поступает в приемную камеру 8. При этом под нижним торцом 15 плунжера 4 начинает скапливаться свободный газ 16, который выделяется из пластового флюида вследствие снижения давления.

При дальнейшем движении плунжера 4 вверх его нижний торец 15 проходит радиальное отверстие 7 и осуществляется гидравлическая связь приемной камеры 8 с полостью 11 корпуса 10. При этом свободный газ через радиальное отверстие 7 и открытый клапан 12 выходит в межтрубное пространство 9. Одновременно нефть из межтрубного пространства 9 под действием давления динамического уровня перетекает в приемную камеру насоса 8 и вытесняет свободный газ, тем самым увеличивается коэффициент наполнения и возрастает производительность насоса.

При движении плунжера 4 вниз (фиг.2) давление в приемной камере 8 насоса и полости 11 корпуса 10 возрастает, всасывающий клапан 3 и перепускной клапан 12 корпуса 10 закрываются, и пластовый флюид через открытый нагнетательный клапан 5 перетекает в колонну НКТ 1 и далее на устье скважины. После прохождения верхнего торца 14 плунжера 4 до радиального отверстия 7 гидравлическое давление столба жидкости, находящейся в колонне НКТ 1, действует на клапан 12, расположенный в корпусе 10, и не дает ему открыться. Таким образом, перекрывается гидравлическая связь между межтрубным пространством 9 и колонной НКТ 1, предотвращая перетекание жидкости в межтрубное пространство 9. Далее цикл повторяется.