Глубинно-насосная установка

Изобретение относится к насосной технике, используемой при добыче нефти, в частности к глубинно-насосным установкам для подъема из глубоких наклонно-направленных скважин пластовой жидкости высокой обводненности, минерализации, вязкости, а также при наличии условий, вызывающих гидратопарафиновые и асфальтосмолистые преобразования в подземном нефтепромысловом оборудовании, насосно-компрессорных трубах и межтрубном скважинном пространстве. Глубинно-насосная установка содержит скважинный насос, включающий корпус, насосную камеру с всасывающим клапаном и сообщенную при помощи нагнетательного клапана и выпускных отверстий с колонной насосно-компрессорных труб, полый плунжер, установленный в насосной камере с возможностью возвратно-поступательного движения. Насос снабжен двигательной камерой, в которую установлен приводной механизм. Приводной механизм выполнен в виде рельсового электромагнитного двигателя и содержит медные рельсы, встроенные в двигательную камеру и соединенные с электрокабелем, цилиндрический стержень, соединенный с помощью замкового соединения с полым плунжером, цилиндр, закрепленный к верхней части цилиндрического стержня, установленный с возможностью перемещения по рельсам и выполненный из проводящего ток материала, пластины, установленные диаметрально и выполненные из редкоземельного металла, обладающего высокой намагниченностью. Между насосной и двигательной камерами размещено уплотняющее устройство для исключения попадания пластовой жидкости в двигательную камеру и на приеме насоса и над выпускными отверстиями в колонне насосно-компрессорных труб установлены пакеры для разобщения рабочего пространства. Повышается надежность и эффективность работы установки при откачке жидкости с высоким содержанием парафина и газа в наклонно-направленных скважинах, где имеет место проявление эмульсии.

Полезная модель относится к насосной технике, используемой при добыче нефти, в частности к глубинно-насосным установкам для подъема из глубоких наклонно-направленных скважин пластовой жидкости высокой обводненности, минерализации, вязкости, а также при наличии условий, вызывающих гидратопарафиновые и асфальтосмолистые преобразования в подземном нефтепромысловом оборудовании, насосно-компрессорных трубах и межтрубном скважинном пространстве.

Известна глубинно-насосная установка для откачивания высоковязкой жидкости из скважин, содержащая индивидуальный приводной механизм (станок-качалка), насосно-компрессорные трубы, замковую опору и штанговый насос с расположенным в нем цилиндром, плунжером, всасывающим и нагнетательным клапанами. В цилиндре насоса под крайним верхним положением плунжера выполнены сквозные каналы, сообщающие подплунжерную полость насоса с внутренней полостью насосно-компрессорных труб (Нефтепромысловое оборудование. Справочник / Под ред. Е.И.Бухаленко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990. - 559 с.; ил.).

Недостатком известного устройства является ненадежность колонны насосных штанг, воспринимающих значительную нагрузку при работе насоса на высоковязой жидкости, что повышает риск обрыва насосных штанг и скважинного насоса.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является глубинно-насосная установка, содержащая наземный приводной механизм и скважинный штанговый трубный насос, состоящий из корпуса, установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб цилиндра со всасывающим клапаном, расположенного в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения и соединенного с колонной насосных штанг полого плунжера с нагнетательным клапаном нижнего расположения (ОАО "Ижнефтемаш", Глубинные штанговые насосы, Каталог, ред.2 - 2001, стр.34). Данная установка принята за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели - глубинно-насосная установка, включающая приводной механизм и скважинный насос; скважинный насос содержит корпус, насосную камеру с всасывающим клапаном и сообщенную при помощи нагнетательного клапана и выпускных отверстий с колонной насосно-компрессорных труб, полый плунжер, установленный в насосной камере с возможностью возвратно-поступательного движения.

Недостатком известной установки, принятой за прототип, является невозможность ее использования в глубоких искривленных скважинах с высоким газовым фактором в условиях высокого содержания парафина в нефти и проявления эмульсии. В известном насосе в условиях эксплуатации наклонно-направленных скважин при закрытии нагнетательного клапана и подъеме плунжера вверх возникает риск заклинивания и истирания колонны насосных штанг. При добыче нефти из скважин с высоким газовым фактором в условиях высокого содержания парафина в нефти и проявления эмульсии на колонне насосных штанг откладываются твердые отложения и возникают чрезмерные усилия трения, что приводит к отказу установки в целом.

Задачей полезной модели является повышение надежности и эффективности работы установки при откачке жидкости с высоким содержанием парафина и газа в наклонно-направленных скважинах, где имеет место проявление эмульсии.

Техническим результатом является предотвращение механического трения штанговой колонны о насосно-компрессорные трубы.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известной глубинно-насосной установке, включающей приводной механизм и скважинный насос, содержащий корпус, насосную камеру с всасывающим клапаном и сообщенную при помощи нагнетательного клапана и выпускных отверстий с колонной насосно-компрессорных труб, полый плунжер, установленный в насосной камере с возможностью возвратно-поступательного движения, насос снабжен двигательной камерой, в которую установлен приводной механизм, выполненный в виде рельсового электромагнитного двигателя и содержащий медные рельсы, встроенные в двигательную камеру и соединенные с электрокабелем, цилиндрический стержень, соединенный с помощью замкового соединения с полым плунжером, цилиндр, закрепленный к верхней части цилиндрического стержня, установленный с возможностью перемещения по рельсам и выполненный из проводящего ток материала, пластины, установленные диаметрально и выполненные из редкоземельного металла, обладающего высокой намагниченностью, при этом между насосной и двигательной камерами размещено уплотняющее устройство для исключения попадания пластовой жидкости в двигательную камеру и на приеме насоса и над выпускными отверстиями в колонне насосно-компрессорных труб установлены пакеры для разобщения рабочего пространства.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - насос снабжен двигательной камерой, в которую установлен приводной механизм; приводной механизм выполнен в виде рельсового электромагнитного двигателя и содержит медные рельсы, встроенные в двигательную камеру и соединенные с электрокабелем, цилиндрический стержень, соединенный с помощью замкового соединения с полым плунжером, цилиндр, закрепленный к верхней части цилиндрического стержня, установленный с возможностью перемещения по рельсам и выполненный из проводящего ток материала, пластины, установленные диаметрально и выполненные из редкоземельного металла, обладающего высокой намагниченностью; между насосной и двигательной камерами размещено уплотняющее устройство для исключения попадания пластовой жидкости в двигательную камеру; на приеме насоса и над выпускными отверстиями в колонне насосно-компрессорных труб установлены пакеры для разобщения рабочего пространства.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют в промысловых условиях снизить энергопотребление за счет исключения потерь полезной мощности на трения, вследствие замены наземного привода на рельсовый электромагнитный двигатель, уменьшить риск заклинивания и истирания колонны насосных штанг, тем самым увеличивая надежность и эффективность работы установки в глубоких наклонно-направленных скважинах с высоким газовым фактором в условиях высокого содержания парафина в нефти и проявления эмульсии.

На фиг.1 схематично показан общий вид глубинно-насосной установки.

На фиг.2 - разрез А-А.

Глубинно-насосная установка (фиг.1) содержит скважинный насос, включающий корпус 1, насосную камеру 2 с всасывающим клапаном 3 и сообщенную при помощи нагнетательного клапана 4 и выпускных отверстий 5 с колонной насосно-компрессорных труб 6. В насосной камере 2 расположен полый плунжер 7 с возможностью возвратно-поступательного движения. Насос снабжен двигательной камерой 8, в которую установлен приводной механизм. Приводной механизм выполнен в виде рельсового электромагнитного двигателя и содержит медные рельсы 9, встроенные через изоляцию 10 в двигательную камеру 8 и соединенные с электрокабелем 11 при помощи колодки кабельного ввода 12, цилиндрический стержень 13 (фиг.2), соединенный с помощью замкового соединения 14 с полым плунжером 7, цилиндр 15, закрепленный через изоляцию 16 к верхней части цилиндрического стержня 13, установленный с возможностью перемещения по рельсам 9 и выполненный из проводящего ток материала, пластины 17, установленные диаметрально и выполненные из редкоземельного металла, обладающего высокой намагниченностью. Между насосной 2 и двигательной 8 камерами размещено уплотняющее устройство 18 для исключения попадания пластовой жидкости в двигательную камеру. На приеме насоса и над выпускными отверстиями 5 в колонне насосно-компрессорных труб установлены пакеры 19 для разобщения рабочего пространства.

Глубинно-насосная установка работает следующим образом.

В скважину (не показана) спускаются на колонне насосно-компрессорных труб 6 корпус 1 насоса с всасывающим и нагнетательным клапанами 3, 4, полым плунжером 7, электрокабелем И и приводным механизмом, устанавливаемым в двигательной камере 8. Одновременно осуществляется посадка пакеров 19. Насос приводится в действие при помощи подаваемого через электрокабель 11 электрического тока, протекающего через рельсы 9 и цилиндр 15, в объеме которого возникает пондеромоторная сила как результат взаимодействия магнитного поля от пластин 17 из редкоземельного металла, обладающего высокой намагниченностью, и электрического тока, протекающего по рельсам 9. Действие этой силы передается цилиндрическому стержню 13 и через замковое соединение 14 - плунжеру 7. Из крайней низшей точки по мере перемещения цилиндра 15 по рельсам 9 вверх плунжер 7 также перемещается вверх и увеличивается объем насосной камеры 2, что приводит к открытию всасывающего клапана 3, через который откачиваемая жидкость (не показана) начинает поступать в насосную камеру 2 из скважины. Откачиваемая жидкость при закрытом нагнетательном клапане 4 и движении плунжера вверх поступает в колонну насосно-компрессорных труб 6 через выпускные отверстия 5 по разобщенной пакерами 19 полости. Далее, по колонне насосно-компрессорных труб 6 откачиваемая из скважины жидкость поступает на поверхность. При достижении плунжером 7 своей верхней точки перемещения заполнение насосной камеры 2 откачиваемой из скважины жидкостью прекращается, закрывается всасывающий клапан 3 и при подаче на рельсы 9 тока противоположной полярности начинается процесс нагнетания.

При нагнетании, создаваемом движением цилиндрического стержня 13 вниз с плунжером 7, объем насосной камеры 2 уменьшается, что приводит к повышению давления в насосной камере 2 и, соответственно, к закрытию всасывающего клапана 3 и к открытию нагнетательного клапана 4. Как результат, откачиваемая жидкость из насосной камеры 2 через нагнетательный клапан 4 поступает в полую часть плунжера 7 и через выпускные отверстия 5 по разобщенной пакерами 19 полости в колонну насосно-компрессорных труб 6. При достижении плунжером 7 своей низшей точки перемещения заканчивается процесс нагнетания и начинается описанный выше следующий цикл работы насоса.

Преимущество заявляемой глубинно-насосной установки состоит в том, что она повышает надежность и эффективность работы в осложненных геолого-технических условиях.

Глубинно-насосная установка, включающая приводной механизм и скважинный насос, содержащий корпус, насосную камеру с всасывающим клапаном и сообщенную при помощи нагнетательного клапана и выпускных отверстий с колонной насосно-компрессорных труб, полый плунжер, установленный в насосной камере с возможностью возвратно-поступательного движения, отличающаяся тем, что насос снабжен двигательной камерой, в которую установлен приводной механизм, выполненный в виде рельсового электромагнитного двигателя и содержащий медные рельсы, встроенные в двигательную камеру и соединенные с электрокабелем, цилиндрический стержень, соединенный с помощью замкового соединения с полым плунжером, цилиндр, закрепленный к верхней части цилиндрического стержня, установленный с возможностью перемещения по рельсам и выполненный из проводящего ток материала, пластины, установленные диаметрально и выполненные из редкоземельного металла, обладающего высокой намагниченностью, при этом между насосной и двигательной камерами размещено уплотняющее устройство для исключения попадания пластовой жидкости в двигательную камеру и на приеме насоса и над выпускными отверстиями в колонне насосно-компрессорных труб установлены пакеры для разобщения рабочего пространства.