Штанговый глубинный сдвоенный насос

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к устройствам для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважины штанговыми насосами на месторождениях углеводородов с трудноизвлекаемыми запасами без смешения их продукции. Техническим результатом предлагаемой конструкции штангового глубинного сдвоенного насоса является уменьшение габаритов установки «насос-насос» до 30% длины по сравнению с аналогом, увеличение коэффициента наполняемости верхнего насоса с 0,4 до 0,7 за счет уменьшения его нерабочего объема, уменьшение газовой составляющей при выкиде добываемой жидкости из нижнего пласта, который обеспечивается благодаря тому, что в качестве узла герметизации потоков, поступающих из верхнего и нижнего пластов в полости цилиндров, между верхним и нижним насосом установлен плунжер-пакер, выполненный в виде двух цилиндров, концентрично установленных с возможностью скольжения по боковым поверхностям друг друга вдоль центральной оси, при этом внутренний цилиндр плунжера-пакера соединен резьбовым соединением с цилиндром нижнего насоса, а наружный цилиндр плунжера-пакера связан резьбовым соединением с цилиндром верхнего насоса посредством корпуса с боковым каналом (байпасом), что приводит к уменьшению его габаритов. 1 н.п.ф., 1 ил.

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к устройствам для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважины двумя штанговыми насосами на месторождениях углеводородов с трудноизвлекаемыми запасами.

Известна штанговая насосная установка для одновременно-раздельной добычи нефти из двух пластов (патент РФ 95756, кл. МПК F04B 47/00, дата публ. 10.07.2010), включающая пакер, разобщающий верхние и нижние пласты, два последовательно соединенных насоса, верхний и нижний, каждый из которых содержит плунжер и цилиндр, при этом плунжер нижнего насоса выполнен диаметром меньшим, чем диаметр плунжера верхнего насоса, цилиндр нижнего насоса выполнен диаметром, меньшим диаметра цилиндра верхнего насоса, каждый из насосов снабжен всасывающим и нагнетательным клапанами, при этом всасывающий клапан для отбора жидкости из верхнего пласта расположен сбоку в нижней части цилиндра большего диаметра, а в плунжере нижнего насоса непосредственно под нагнетательным клапаном установлен двухпозиционный переключатель, взаимодействующий со штоком, расположенным в нижней части цилиндра нижнего насоса над всасывающим клапаном.

Недостатком данной конструкции является то, что продукция из обоих пластов на выкид направляется по лифтовому каналу и не позволяет определить дебиты каждого из пластов по отдельности.

Известна насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (Варианты) (патент РФ 49573, кл. МПК Е21В 43/14, дата публ. 27.11.2005), включающая колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, пакер и два последовательно установленных штанговых насоса с соответствующими всасывающими и нагнетательными клапанами, плунжеры с внутренними каналами которых соединены между собой штоком, который снизу цилиндра верхнего насоса герметизирован, причем прием нижнего насоса через свой всасывающий клапан и хвостовик сообщен с подпакерным пространством, а прием верхнего насоса через свой всасывающий клапан сообщен с надпакерным пространством, при этом, соединяющий плунжеры шток выполнен полым с возможностью сообщения внутренних каналов плунжеров штанговых насосов с внутренней полостью штанг, образуя с нагнетательным клапаном нижнего насоса выкид нижнего насоса, верхний насос выполнен кольцевым, снабжен каналом и узлом герметизации полого штока, установленным над верхним насосом и разобщающим полости верхнего насоса и лифтовых труб, дополнительным каналом, всасывающим и нагнетательными клапанами, причем выкид верхнего насоса через его нагнетательный клапан сообщен с полостью лифтовых труб, а подплунжерная полость верхнего насоса через дополнительный всасывающий клапан сообщена с надпакерным пространством, а через дополнительный нагнетательный клапан и канал - с полостью лифтовых труб.

Недостатком данной установки является то, что узел герметизации выполнен в виде плунжерной пары.

Наиболее близкой по технической сущности является установка для одновременно - раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (патент РФ 59138, кл. Е21В 43/14, дата публ. 10.12.2006), включающая колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, пакер, два последовательно установленных штанговых насоса с всасывающим клапаном на приеме из верхнего пласта и нагнетательным клапаном на выкиде в кольцевую полость колонны лифтовых труб, а нижний насос имеет всасывающий клапан на входе в его цилиндр жидкости из нижнего пласта и нагнетательный клапан на входе в его плунжер, при этом полые плунжеры обоих насосов соединены полым штоком с возможностью прохождения потока из нижнего пласта через сквозной канал в полость колонны полых штанг и далее на поверхность в выкидную линию, при этом вокруг полого штока верхнего насоса образована межплунжерная полость переменного сечения, ограниченная сверху нижним торцем плунжера верхнего насоса, снизу-верхним торцем плунжера нижнего насоса, наружной поверхностью полой насосной штанги и внутренними поверхностями соединительного патрубка и цилиндров верхнего и нижнего насосов. Межплунжерная полость сообщается через приемный клапан с затрубным надпакерным пространством, а через байпас - с расположенным в нем нагнетательным клапаном, сообщается с лифтовой полостью колонны НКТ, при этом, межплунжерная полость, изменяясь в объеме за счет ввода-вывода в нее плунжеров с разным диаметром, в случае применения верхнего насоса большего диаметра является полостью всасывания, а полостью нагнетания является лифтовая полость колонны НКТ.

Недостатком данной конструкции являются значительные габариты установки, а также значительный объем нерабочей области верхнего насоса.

Целью создания данной полезной модели является обеспечение изоляции потоков, поступающих в насосную установку из верхнего и нижнего разрабатываемых пластов.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является уменьшение габаритов установки «насос-насос» до 30% длины по сравнению с аналогом, увеличение коэффициента наполняемости верхнего насоса с 0,4 до 0,7 за счет уменьшения его нерабочего объема, уменьшение газовой составляющей при выкиде добываемой жидкости из нижнего пласта.

Данный технический результат обеспечивается благодаря тому, что в качестве узла герметизации потоков, поступающих из верхнего и нижнего пластов в полости цилиндров, между верхним и нижним насосом установлен плунжер-пакер, выполненный в виде двух цилиндров, наружного и внутреннего, концентрично установленных с возможностью скольжения по боковым поверхностям друг друга вдоль центральной оси, при этом внутренний цилиндр плунжера-пакера соединен резьбовым соединением с цилиндром нижнего насоса, а наружный цилиндр плунжера-пакера связан резьбовым соединением с цилиндром верхнего насоса посредством корпуса с боковым каналом (байпасом), что приводит к уменьшению его габаритов.

Технический результат достигается также тем, что в боковых стенках плунжера нижнего насоса выполнены сквозные отверстия для стравливания газа с приема нижнего насоса.

Штанговый глубинный сдвоенный насос, установленный в колонну лифтовых труб, включает верхний насос 1, нижний насос 2. Верхний штанговый насос 1 содержит цилиндр 3 с установленным в его верхней части упором 4, а внутри цилиндра 3, с возможностью скольжения по его внутренней боковой поверхности, концентрично установлен плунжер 5 верхнего насоса 1. Со стороны устья скважины и со стороны забоя, плунжер 5 концентрично соединен резьбовым соединением с колонной полых штанг 6, к наружной резьбе нижней части которой присоединен плунжер 7 со сквозными отверстиями 8 в его стенках, а также с установленным на входе в него напорным клапаном 9. Наружная боковая поверхность плунжера 7 имеет возможность скольжения по внутренней боковой цилиндрической поверхности цилиндра 10, а также по внутренней боковой цилиндрической поверхности удлинителя 11 нижнего насоса 2. На входе в удлинитель 11, гидравлически связанном с нижним пластом добываемой жидкости, установлен входной всасывающий клапан 12. К наружной боковой поверхности цилиндра 10 нижнего насоса 2 со стороны устья скважины концентрично присоединен резьбовым соединением плунжер-пакер 13 цилиндрической формы, по наружной боковой поверхности которого концентрично с возможностью скольжения по боковым поверхностям друг друга установлен цилиндр 14 плунжера-пакера 13 нижнего насоса 2.

Цилиндр 3 верхнего насоса 1 связан с цилиндром 10 нижнего насоса 2 посредством последовательно соединенных друг с другом резьбовым соединением ниппелем упорным 15 и переводником 16 ниппеля, в стенках которого имеются сквозные отверстия 17. Наружный цилиндр 14 плунжера-пакера 13 соединен наружным резьбовым соединением с нижней частью цилиндрического корпуса 18, имеющего боковой дополнительный канал (байпас) 19, при входе жидкости из верхнего пласта в центральный канал которого установлен всасывающий клапан 20, при этом этот центральный канал бокового байпаса 19 гидравлически связан с переводником 16 через отверстия 17, а в верхней части центрального канала байпаса установлен напорный клапан 21. Со стороны устья скважины по наружной боковой поверхности ниппеля упорного 15 установлены кольцевые элементы 22 и 23, обеспечивающие разделение полости всасывания А и полости нагнетания Б верхнего насоса.

Штанговый глубинный сдвоенный насос работает следующим образом.

Работа нижнего насоса: При движении колонны полых штанг 6 вверх, продукция нижнего пласта через всасывающий клапан 12, при закрытом клапане 9, заполняет внутренний объем удлинителя 11 и цилиндра 10, поступая в подплунжерную область плунжера 7 нижнего насоса 2.

При ходе колонны полых штанг 6 вниз, клапан 12 нижнего насоса 2 перекрывает возможность перетока жидкости из подплунжерной области обратно в нижний пласт, а под воздействием плунжера 7 нижнего насоса на жидкость, находящуюся в подплунжерной области, она открывает напорный клапан 9, и поднимаясь по внутреннему каналу колонны полых штанг 6, поступает на выкид установки. При этом, часть газовой шапки поступившей из нижнего пласта с жидкостью, выходит через боковые отверстия 8 плунжера 7 нижнего насоса в момент, когда зона плунжера 7 с отверстиями 8 перемещаются в удлинитель 11 насоса, снижая газовую составляющую жидкости на выкиде.

Работа верхнего насоса: При ходе колонны полых штанг 6 вверх, плунжер верхнего насоса 5 доходит до упора 4, при этом продукция верхнего пласта через всасывающий клапан 20 бокового байпаса 19, сквозные каналы 17 в стенках переводника 16 верхнего насоса 1 поступает в полость всасывания А, включающую межплунжерную область, кольцевой зазор между внутренней поверхностью корпуса 18 и наружной боковой поверхностью ниппеля упорного 15, и внутренней поверхностью ниппеля 15 и наружной поверхностью полой штанги 6.

При ходе колонны полых штанг 6 вниз, клапан всасывающий 20 закрывается, перекрывая переток жидкости из полости всасывания верхнего наоса 1 обратно в верхний пласт, при этом жидкость, выдавливаемая плунжером 5 верхнего насоса из межплунжерного пространства, направляется через сквозные отверстия 17 переводника 16 во внутренний канал байпаса 19 и, проходя через открывшийся напорный клапан 21, поступает в нагнетательную полость Б колонны лифтовых труб, и далее на выкид.

Потоки жидкости, поступившие из разных пластов в полости верхнего 1 и нижнего 2 насосов, герметично разделены плунжером-пакером 13 с установленным на нем наружным цилиндром 14 плунжера-пакера. Пара плунжер-пакер 13 и цилиндр 14 перемещается относительно друг друга при монтаже-демонтаже штангового сдвоенного насоса, оставаясь неподвижной в рабочем режиме установки и обеспечивая герметичность при разделении жидкости, поступающей из разных пластов.

Штанговый глубинный сдвоенный насос для добычи продукции из скважины с двумя продуктивными пластами, содержащий связанные с колонной лифтовых труб и колонной насосных штанг два штанговых насоса, нижний насос которого имеет всасывающий клапан на входе в его цилиндр-удлинитель и нагнетательный клапан на входе в его плунжер, а верхний его насос вдоль наружной поверхности имеет боковой канал - байпас, в котором установлен всасывающий клапан на входе в его центральный сквозной канал и нагнетательный клапан на выходе из него, соединенный гидравлически с лифтовой полостью установки, при этом полые плунжеры обоих насосов соединены соосно полой насосной штангой с возможностью прохождения через ее сквозной канал потока жидкости из нижнего пласта через колонну полых штанг на выкид, при этом полость всасывания верхнего насоса, включающая межплунжерную область, кольцевой зазор между наружной поверхностью полой штанги и внутренними поверхностями цилиндров верхнего и нижнего насосов, а также внутренней поверхностью упорного ниппеля и наружной поверхностью цилиндра с байпасом, гидравлически связана с полостью всасывания верхнего насоса через сквозные отверстия в переводнике ниппеля, отличающийся тем, что в боковых стенках плунжера нижнего насоса выполнены сквозные отверстия для стравливания газа с приема нижнего насоса, при этом между верхним и нижним насосами установлен плунжер-пакер, выполненный в виде двух цилиндров, наружного и внутреннего, концентрично установленных друг в друга с возможностью скольжения по боковым поверхностям друг друга вдоль центральной оси, при этом внутренний цилиндр плунжера-пакера соединен резьбовым соединением с цилиндром нижнего насоса, а наружный цилиндр плунжера-пакера связан резьбовым соединением с цилиндром верхнего насоса посредством корпуса с боковым каналом-байпасом.

2. Штанговый глубинный сдвоенный насос по п.1, отличающийся тем, что боковой канал-байпас корпуса, соединяющего цилиндры верхнего и нижнего насосов, имеет сквозной канал с непрерывным участком между всасывающим и напорным клапанами верхнего насоса.

3. Штанговый глубинный сдвоенный насос по п.1, отличающийся тем, что узел, разделяющий полость всасывания и полость нагнетания верхнего насоса, выполнен в виде кольцевых элементов.