Многоступенчатое устройство для защиты штангового глубинного насоса от заклинивания

Изобретение относится к добыче нефти, в частности к добыче нефти штанговыми скважинными глубинными насосами. Известно, что при добыче нефти возникают осложнения, связанные с песковыделениями. Это приводит к осложнениям при эксплуатации скважин, сокращению межремонтного периода, заклиниванию насосов или забиванию песком полости плунжера и клапанной пары. Основная причина отказа глубинных насосов - это поступление песка вместе с нефтью из забоя скважины, что приводит к износу цилиндра насоса и увеличению зазора между внутренней стенкой цилиндра и наружной стенкой плунжера, а это увеличение зазора вызывает отказ работы насоса ШГН или приводит к заклиниванию насоса. Значительное поступление песка из скважины и его прокачка через плунжер насоса вверх в колонну НКТ и постепенное ее накопление по колонне НКТ и ее осаждение вниз обратно внутрь насоса часто тоже ведет к забиванию внутренней полости насоса и ее заклиниванию.. Предлагались и применяются разнообразные способы борьбы с негативными явлениями пескопроявления. Наиболее широко применяется способ отсечения песка до приема в насос с помощью различных устройств, в частности с помощью газопесочных якорей (ГПЯ), но их действие, как показывает практика, не бывают достаточными для безотказной работы насоса. Другие конструкции фильтров, устанавливаемые ниже глубинных насосов, например сетчатого типа, в процессе эксплуатации быстро забиваются песком или дорогостоящи.

Как показывает практика, песок проникает на прием глубинного насоса и насосом откачивается по колонне НКТ, особенно это ярко проявляется при начале эксплуатации вводимых скважин после освоения. Обычно штанговый глубинный насос после освоения работает от нескольких суток до нескольких месяцев. Интенсивное песковыделение в начале разработки пласта приводит к тому, что значительное количество песка прокачивается насосом вверх по колонне НКТ, затем этот песок начинает оседать, а так как оседаемое количество песка уже превышает допустимое количество, то песок забивает клапанную пару нагнетательного клапана и внутреннюю полость плунжера насоса, после этого песок начинает проникать в зазор между внутренней поверхностью цилиндра насоса и наружной поверхностью плунжера насоса, вызывая заклинивание и отказ работы насоса, обрыв и вывод из строя всей штанговой подвески, и приводит к дорогостоящим операциям по замене насоса и штанговой подвески.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является «Устройство для отделения песка от пластового флюида в скважине при ее эксплуатации» - Патент РФ №2232881 от 2007.07.20, в котором песок улавливается песочными карманами в приемной колонне, установленной под приемом глубинного насоса. Недостаток этого изобретения в том, что часть песка все-таки проникает под действием насоса вверх в колонну и вызывает осложнения.

Техническая задача улавливания песка, не допущения попадания песка в насос решается за счет установки многоступенчатого устройства для улавливания песка ниже насоса, принципом работы которого является поэтапное улавливание песка на каждой ступени устройства, работающих за счет применения закона Борда и эффекта Коанды (патент №2540131 «Способ улавливания песка и механических примесей в потоке нефти, воды и газа»).

Многоступенчатое устройство для улавливания песка представляет собой ловушки для песка, подвешенные на НКТ ниже глубинного насоса. Конструкция и принцип работы устройства при добычи нефти иллюстрируется схемой.

К колонне НКТ 1 ниже насоса 2, креплением 3 крестообразной формы жестко крепится дифференциатор давления 4 и ловушка 5, представляющие собой одну ступень устройства. Дифференциатор 4 представляет собой металлический цилиндр, диаметр которого меньше диаметра ловушки 5. Ниже к этой ступени жестко крепится следующая ступень. Отличие между ступенями в длине или в объеме ловушек, так как последняя ступень будет наполнятся быстрее. Принцип работы устройства заключается в том, что нефть с песком, поднимаясь вверх, в зоне верхней части ловушки 5 и нижней части дифференциатора 4 расширяется- внезапное расширение потока (потери на удар) - закон Борда (Гидравлика, водоснабжение и канализация. В.и Капицун и др. Учебник для вузов. М. 1980 г. Стр. 45.). Это вызывает понижение давления в ловушке 5, что приводит к улавливанию песка в ловушке. Усиление улавливания песка достигается использованием эффекта Коанды путем расточки кромки верхней внутренней ловушки 5. Улавливание песка в устанавливаемые ловушки ниже насоса приводит к тому, что на прием глубинного насоса нефть поступает практически без песка. Предлагаемое изобретение позволяет избежать осложнений в виде заклиниваний при работе штанговых глубинных насосов и значительно увеличить межремонтный период работы насосов, особенно после освоения.