Гидроштанговая скважинная насосная установка
Гидроштанговая скважинная насосная установка, представленная принципиальной схемой, содержит колонну насосно-компрессорных труб, муфту перекрестного течения, две плунжерные пары разного диаметра. Плунжеры соединены между собой полым штоком. На муфте перекрестного течения параллельно соединен кожух для создания полости высокого давления. Нижний плунжер снабжен грузом для уравновешивания, имеющим назначение обеспечивать движение плунжерного узла вниз, преодолевая силу давления гидростатического столба рабочей жидкости на кольцевую площадь верхнего плунжера. Верхняя плунжерная пара совместно с клапанами всасывания и нагнетания представляет насос. Нижняя плунжерная пара играет роль щелевого уплотнения. Силовая часть установки представлена насосом с предохранительным клапаном, помещенным в емкости, распределителем потока жидкости, сливной и напорной линиями.
Силовой насос является приводом скважинного насоса, осуществляя его действие через столб жидкости в внутритрубном пространстве насосно-компрессорных труб. Разобщение затрубного пространства от забоя обеспечивается пакером, который спускается в скважину вместе с насосной компоновкой. Основная суть полезной модели состоит в том, что рабочая жидкость, имеющая высокое давление, подается в трубное пространство, а добыча нефти осуществляется по затрубному пространству благодаря применению муфты перекрестного течения.
Технологический эффект заключается в уменьшении металлоемкости и количества спуско-подъемных операций, в возможности обеспечения широкого диапазона производительности и давления нагнетания, устранение образования высоковязкой нефти в подъемной колонне.
Гидроштанговая скважинная насосная установка относится к области нефтяного машиностроения и предназначена для эксплуатации наклонно-направленных скважин, преимущественно при добыче высоковязкой нефти.
Целью разработки полезной модели является уменьшение металлоемкости и количества спуско-подъемных операций, обеспечение высокой производительности насосной установки с возможностью обеспечения высокого давления нагнетания, устранение колебательного движения высоковязкой обводненной продукции скважин в подъемной колонне.
Поставленная цель достигается тем, что скважинный насос подсоединен к колонне насосно-компрессорных труб посредством муфты перекрестного течения с каналами для подачи добываемой продукции из насоса в затрубное пространство, а рабочую жидкость из трубного пространства в кольцевое пространство между насосом и кожухом, причем нагнетательный клапан помещен в муфте перекрестного течения.
Известна скважинная гидроштанговая установка для добычи вязких нефтей [1], состоящая из погружного агрегата, установленного в подъемных трубах и включающая два цилиндра разных диаметров и два плунжера, связанных полым штоком и установленных в цилиндрах с образованием межплунжерного пространства в полости подъемных труб. Насосная установка имеет устройства для подачи деэмульгатора с целью снижения вязкости добываемой нефти. Движение плунжерного узла вниз обеспечивается за счет гидравлического нагружения. Скважинный насос действует от давления жидкости, подаваемой силовым насосом.
Недостатком данной установки является:
1) наличие двух колонн насосно-компрессорных труб, что влечет собой большую металлоемкость установки и необходимость проведения спуско-подъемных операций два раза при одном подземном ремонте скважины; 2) область применения установки ограничена малодебитными скважинами ввиду ограниченной величины диаметра нижнего насоса.
Прототипом полезной модели является скважинная гидронасосная установка [2], также состоящая из погружного агрегата, установленного в подъемных трубах и включающая два цилиндра разных диаметров и два плунжера, связанных полым штоком и установленных в цилиндрах с образованием межплунжерного пространства в полости подъемных труб. Привод плунжерной группы вверх от давления жидкости, создаваемого силовым насосом, расположенным на поверхности земли и подключенным к кольцевому пространству двух колонн насосно-компрессорных труб, вниз - комбинированный: от гидравлического нагружения и от веса груза.
Недостатком данной установки является наличие двух колонн насосно-компрессорных труб, что влечет собой большую металлоемкость установки и необходимость проведения спуско-подъемных операций два раза при одном подземном ремонте скважины.
Компоновка гидроштанговой скважинной насосной установки, которая нами предлагается в качестве полезной модели, содержит колонну насосно-компрессорных труб 1, муфту перекрестного течения 2, подсоединенные к ней параллельно насосный цилиндр 3 и кожух 4. К кожуху последовательно присоединен насосный цилиндр 5, и пакер 6. В насосных цилиндрах размещены плунжеры 7 и 8, связанные между собой полым штоком 9. Нижний плунжер снабжен грузом для уравновешивания 10, имеющим назначение обеспечивать движение плунжерного узла вниз, преодолевая силу давления гидростатического столба рабочей жидкости на кольцевую площадь верхнего плунжера. Верхний плунжер снабжен всасывающим
клапаном 11, который расположен на его верхнем конце. Муфта перекрестного течения снабжена каналами для рабочей жидкости 12 и нагнетательной для добываемой продукции 13, в которой помещен нагнетательный клапан 14, после которых продукция скважины по затрубному пространству поступает в выкидную линию 15 системы сбора. Плунжерная пара 7 и 3 совместно с клапанами 11 и 14 представляет насос, диаметр которого D обусловливает и подачу, и нагрузку на приводную часть. Плунжерная пара 8 и 5 с условным диаметром d, где D>d, играет лишь роль щелевого уплотнения. Для привода плунжерного узла вниз к низу присоединен груз из насосно-компрессоных труб, который одновременно играет роль хвостовика к насосной установке. Силовая часть установки представлена насосом 16 с предохранительным клапаном 17, помещенным в емкости 18, распределителем потока жидкости 19, сливной линией 20, напорной линией 21.
Установка работает следующим образом. Силовой насос 16 под избыточным давлением подает рабочую жидкость в внутритрубное пространство насосно-компрессорных труб, которая, проходя через канал 12 в кольцевое пространство между насосным цилиндром 3 и кожухом 4, воздействует на кольцевую площадку плунжера 7, представляющую разность площадей сечения плунжеров по наружному диаметру. По достижению достаточного усилия плунжерный узел начинает двигаться вверх, при этом закрывается всасывающий клапан 11, открывается нагнетательный клапан 14 и происходит нагнетание добываемой продукции в затрубное пространство, далее - в выкидную линию 15 системы сбора. Разобщение затрубного пространства от забоя обеспечивается пакером 6, который спускается в скважину вместе с насосной компоновкой. Когда плунжерная группа достигает верхнего положения, насос прекращает подачу рабочей жидкости и соединяет трубное пространство с баком 17 через сливную линию 20. После стравливания давления из внутренней полости насосно-компрессорных труб
плунжерный узел под действием груза перемещается вниз, открывается всасывающий клапан 11 и закрывается нагнетательный клапан 14. При этом продукция скважины поступает в рабочую камеру насоса. Далее циклы повторяются.
Технологический эффект заключается в уменьшении металлоемкости и количества спуско-подъемных операций, в возможности изменения производительности и давления нагнетания в широком диапазоне изменений, устранение колебательного движения высоковязкой обводненной продукции скважин в подъемной колонне.
Уменьшение металлоемкости и количества спуско-подъемных операций достигается за счет применения одной колонны насосно-компрессорных труб вместо двух в прототипе, что стало возможным благодаря использованию внутритрубного пространства для подачи рабочей жидкости под высоким давлением.
Возможность изменения производительности и давления нагнетания в широком диапазоне появилась благодаря независимой работе скважинного насоса от диаметра нижней плунжерной пары и образованию кольцевой полости высокого давления для воздействия и перемещения верхнего плунжера, выбрав при этом насос с необходимым напором. Независимая работа насоса дает возможность выбрать любой размер диаметра в зависимости от добычной возможности скважины.
Отсутствие колебаний столба добываемой продукции, которое стало возможным ввиду помещения нагнетательного клапана на верхнем конце цилиндра, исключает взаимное диспергирование нефти и воды и образование высоковязкой нефтяной эмульсии.
Пример. Выбрать силовой насос по производительности и по напору, рассчитать необходимую мощность электродвигателя и массу груза при следующих исходных данных: Пусть D=56 мм, d=44 мм, необходимый отбор жидкости Q c=50 м3/сут, устьевое давление р у=1,0 МПа, гидростатическое
давление столба рабочей жидкости рг=10 МПа. Гидравлическими потерями пренебрегаем.
Решение. 1. Кольцевое сечение верхнего плунжера, на которое действует давление рабочей жидкости
2. Подача силового насоса
3. Необходимая нагрузка для движения вниз (вес груза)
4. Длина груза из насосно-компрессорных труб диаметром 73 мм (q=94 Н/м)
5. Давление, необходимое для преодоления устьевого давления (внутритрубное и затрубное гидростатические давления уравновешивают друг друга)
6. Давление, создаваемое силовым насосом для подъема груза
7. Необходимая мощность электродвигателя при кпд 
Литература
1. А. св-во №1183709 СССР «Скважинная гидроштанговая установка для добычи вязких нефтей». Опубл. бюл. 1985, №37.
2. Патент (SU) №2107188. «Скважинная гидронасосная установка». Опубл. 20.03 1998.
1. Гидроштанговая скважинная насосная установка, включающая подъемную колонну из насосно-компрессорных труб, два насосных цилиндра и два плунжера, размещенные один над другим и последовательно соединенные между собой посредством полого штока, всасывающий и нагнетательный клапаны, а также груз, который обеспечивает движение плунжерного узла вниз, при этом привод выполнен гидравлическим в виде силового насоса с подключением к гидравлической линии, отличающаяся тем, что скважинный насос подсоединен к колонне насосно-компрессорных труб посредством муфты перекрестного течения, имеющей каналы для подачи добываемой продукции из насоса в затрубное пространство, а рабочую жидкость из трубного пространства в кольцевое пространство между насосом и кожухом.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что насосные цилиндры разных диаметров подвешены параллельно, а плунжеры последовательно, образовав кольцевую полость высокого давления для воздействия и перемещения верхнего плунжера.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что нагнетательный клапан помещен в неподвижной перегородке перекрестного течения.
