Установка для подъема нефти из скважин

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована в эксплуатационных скважинах для увеличения прочности и жесткости приводной колонны установки штангового винтового насоса с наземным приводом.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание конструкции, позволяющей повысить надежность и долговечность приводной колонны.

Поставленный технический результат решается описываемой скважинной насосной установкой для добычи нефти с равнопрочной приводной колонной, содержащей колонну насосно-компрессорных труб и концентрично расположенную вращательную приводную колонну кольцевого сечения, штанговый винтовой насос, установленный в нижней части колонны насосно-компрессорных труб, наземный привод и выкидную магистраль.

Новым является то, что вращательная приводная колонна кольцевого сечения является равнопрочной конструкцией по всей длине.

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована в эксплуатационных скважинах для увеличения прочности и жесткости приводной колонны установки штангового винтового насоса с наземным приводом.

Известна установка штангового винтового насоса, включающая наземный привод, соединенный колонной стальных насосных штанг с ротором винтового насоса, размещенного в обсаженной эксплуатационной колонной труб наклонно-направленной скважине, и устьевое оборудование эксплуатационной колонны, соединенное лифтовой колонной насосно-компрессорных труб со статором винтового насоса, причем в интервалах кривизны скважины колонна насосных штанг представлена гибкими насосными штангами, выполненными, например, из стального каната (см. патент РФ на полезную модель 21302, кл. 7 F04B 47/00, опубл. 10.01.2002 г.).

Недостатком данной установки является низкая надежность вращательной колонны вследствие скручивания каната.

Известна традиционная однолифтовая установка штангового винтового насоса, содержащая штанговый винтовой насос, трубы НКТ, насосные штанги, устьевую арматуру и наземный привод (см. Грей Форест. Добыча нефти / Пер. с англ. - М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2003. - 416 с.: ил.).

Недостаток данной традиционной однолифтовой установки штангового винтового насоса заключается в низкой надежности насосных штанг сплошного сечения, т.к. при вращении таких штанг наибольшие напряжения возникают в поверхностных слоях штанг, в центральной части они значительно меньше, на продольной оси равны нулю. Материал сплошных штанг, находящийся в центральной части, в значительной степени недогружен, его вклад в прочность штанг мал.

Рациональным для приводной колонны как стержня, работающего на кручение, будет кольцевое сечение. Такое сечение имеют насосно-компрессорные трубы и полые насосные штанги.

Известна насосная установка для добычи нефти, содержащая колонну насосно-компрессорных труб и концентрично расположенную колонну полых шланг, одновинтовой насос, установленный в нижней части колонны насосно-компрессорных труб, наземный привод и выкидную магистраль (А.с. 1657743, МПК F04B 47/00, опубл. 23.06.1991 г.). Указанная насосная установка для добычи нефти по технической сущности более близка к предлагаемой скважинной насосной установке для добычи нефти с равнопрочной приводной колонной, и ее можно взять в качестве прототипа.

Недостатком насосной установки для добычи нефти является низкая надежность полых штанг, применяемых для осуществления данного изобретения, т.к. являются неравнопрочными конструкциями, вследствие чего не выполняются условия прочности и жесткости внутреннего диаметра резьбы в плоскости торца штанг, что в итоге приводит к обрывам штанг по резьбе.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание конструкции, позволяющей повысить надежность и долговечность приводной колонны.

Поставленный технический результат решается описываемой скважинной насосной установкой для добычи нефти с равнопрочной приводной колонной, содержащей колонну насосно-компрессорных труб и концентрично расположенную вращательную приводную колонну кольцевого сечения, штанговый винтовой насос, установленный в нижней части колонны насосно-компрессорных труб, наземный привод и выкидную магистраль.

Новым является то, что вращательная приводная колонна кольцевого сечения является равнопрочной конструкцией по всей длине.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 представлена скважинная насосная установка для добычи нефти с равнопрочной приводной колонной;

- на фиг.2 - равнопрочная приводная колонна, в разрезе.

Скважинная насосная установка для добычи нефти с равнопрочной приводной колонной (фиг.1) содержит колонну насосно-компрессорных труб 1 и концентрично расположенную вращательную приводную колонну 2 кольцевого сечения, штанговый винтовой насос 3, установленный в нижней части колонны насосно-компрессорных труб 1, наземный привод 4 и выкидную магистраль 5. Вращательная приводная колонна 2 кольцевого сечения должна быть равнопрочной конструкцией (фиг.2), которой обладают, например насосные трубные штанги типа ШНТ, трубы с высаженными наружу концами типа В и НКБ по ГОСТ 633-80 и др. Известно, что при работе деталей на кручение наибольшие напряжения возникают в поверхностных слоях вала (в нашем случае это вращательная приводная колонна 2), в центральной части они значительно меньше, на продольной оси равны нулю. Следовательно, в сплошном валу материал, находящийся в центральной части, в значительной степени недогружен, его вклад в прочность вала мал. Поэтому, рациональным для вращательной приводной колонны как стержня, работающего на кручение, будет кольцевое сечение, что подтверждается расчетами по определению полярного момента инерции и полярного момента сопротивления. Недостатком вращательной приводной колонны кольцевого сечения неравнопрочной конструкцией (например, трубы гладкие по ГОСТ 633-80, металлические полые штанги с приваренными головками типа ШНПП по ГОСТ Р 51161-2002) является низкая надежность вследствие невыполнения условия прочности и жесткости внутреннего диаметра резьбы в плоскости торца колонны, что приводит к обрывам по резьбе колонны.

С целью практического подтверждения проведенных теоретических расчетов и возможности использования равнопрочной конструкции приводной колонны авторами были проведены опытно-промысловые работы. На скважинах ОАО "Шешмаойл" (Республика Татарстан) внедрены штанги ШНТ-32×4,5 (равнопрочная конструкция) и гладкие трубы НКТ-33×3,5 (неравнопрочная конструкция).

Применение НКТ-33 (неравнопрочные) в качестве приводной колонны дал отрицательный результат в связи с обрывами труб по резьбе, проведен демонтаж НКТ-33. Применение штанг ШНТ-32 (равнопрочные) в качестве приводной колонны дал положительный результат, т.к. скважина в эксплуатации.

Скважинная насосная установка для добычи нефти с равнопрочной приводной колонной работает следующим образом.

При включении двигателя наземного привода 4 вращается полированный шток, (на фигурах не обозначен), вращательная приводная колонна 2 и ротор штангового винтового насоса 3. Продукция пласта поднимается штанговым винтовым насосом 3 по кольцевому зазору между насосно-компрессорными трубами 1 и вращательной приводной колонной 2. На устье скважины продукция пласта поступает в выкидную магистраль 5.

Равнопрочная конструкция вращательной приводной колонны увеличивает надежность и долговечность колонны в несколько раз, т.к. увеличены прочностные и жесткостные характеристики колонны, в результате чего повышается наработка установки и увеличивается межремонтный период скважины.

Установка для подъема нефти из скважин, содержащая колонну насосно-компрессорных труб и концентрично расположенную вращательную приводную колонну кольцевого сечения, штанговый винтовой насос, установленный в нижней части колонны насосно-компрессорных труб, наземный привод и выкидную магистраль, отличающаяся тем, что вращательная приводная колонна кольцевого сечения является равнопрочной конструкцией по всей длине.