Сдвоенный штанговый насос для откачки жидких сред из скважины с двумя продуктивными пластами (варианты)
Полезная модель относится к технике добычи нефти, в частности - к сдвоенным штанговым насосам, и может быть использовано для откачки жидких сред из скважин. По первому варианту выполнения сдвоенный штанговый насос для откачки жидких сред из скважины с двумя продуктивными пластами содержит связанный с колонной насосных труб цилиндр, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, причем его верхний плунжер большего диаметра с механическим уплотнением имеет сквозной канал и снабжен нагнетательным клапаном, а нижний плунжер меньшего диаметра выполнен в виде штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра и поверхностью штока, образует рабочую камеру насоса с всасывающим клапаном, выполненным в виде соосной с цилиндром тарелки с отверстием, через которое герметично пропущен шток, при этом ниже всасывающего клапана к цилиндру прикреплен приемный фильтр в виде перфорированной цилиндрической трубы, на приемном фильтре ниже и соосно последнему установлен второй цилиндр с всасывающим клапаном на входе со стороны нижнего торца второго цилиндра, причем полость приемного фильтра отделена от полости второго цилиндра, шток выполнен полым, проходит через приемный фильтр и установленное между приемным фильтром и вторым цилиндром механическое уплотнение внутрь второго цилиндра, со стороны нижнего конца полый шток снабжен нагнетательным клапаном, а со стороны верхнего конца шток пропущен через верхний плунжер и его полость сообщена с полостью цилиндра выше верхнего плунжера, на втором цилиндре установлен пакер для герметизации кольцевого пространства между вторым цилиндром и обсадной колонной скважины и разделения кольцевого пространства между пластами. Второй вариант выполнения сдвоенного штангового насоса отличается от первого тем, что со стороны нижнего конца полый шток снабжен поршнем с механическим уплотнением и двумя клапанами, при этом в нижней части штока установлен всасывающий клапан, а нагнетательный клапан, установлен в штоке выше поршня, причем межклапанное пространство штока сообщено с полостью (рабочей камерой) второго цилиндра посредством выполненных в стенке штока выше поршня отверстий. В результате достигается повышение дебита скважины.
Полезная модель относится к технике добычи жидких сред, преимущественно нефти, из скважин с двумя продуктивными пластами. Более конкретно полезная модель касается конструкции штанговых насосов, предназначенных для одновременной откачки из скважин жидкостей из двух продуктивных пластов.
Известна скважинная штанговая насосная установка для добычи высоковязкой нефти, содержащая наземный привод, подвешенный в полости скважины на колонне насосно-компрессорных труб, штанговый насос со всасывающим и нагнетательным клапанами, в цилиндре которого размещен соединенный с колонной насосных штанг полый плунжер, связанный с направляющим шкивом и грузом, установленными под плунжером; межтрубное пространство скважины снабжено стабилизирующими башмаками, установленными по всей длине насосно-компрессорных труб, за пределами которых размещена колонна насосных штанг, выполненная гибкой и центрируемая относительно межтрубного пространства стабилизирующими башмаками, верхний конец которой закреплен на наземном приводе, а нижний - на наружной поверхности насосно-компрессорных труб (см. патент RU 2059884, кл. F 04 В 47/00, 10.05.1996).
Недостатками известного решения являются сравнительно невысокая эффективность и надежность работы скважинной насосной установки.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является штанговый насос, содержащий связанный с колонной насосных труб цилиндр, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный поршень, причем верхний поршень большего диаметра с механическим уплотнением имеет сквозной канал и снабжен нагнетательным клапаном, а нижний поршень меньшего диаметра выполнен в виде штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра и поверхностью штока, образует рабочую камеру насоса со всасывающим клапаном, выполненным в виде соосной с цилиндром тарелки с отверстием, через которое герметично пропущен шток (см. патент на полезную модель RU №39366, кл. F 04 В 47/00, 27.07.2004).
Данный дифференциальный штанговый насос показал хорошие результаты при добыче нефти, в том числе нефти с большим содержанием песка, механических включений, парафина и смолистых веществ. Однако он не может быть использован для
одновременной откачки жидких сред из двух продуктивных пластов, что сужает область использования данного штангового насоса.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является расширение функциональных возможностей насоса, путем организации откачки жидких сред одновременно из двух продуктивных пластов.
Техническим результатом, достигаемым от использования полезной модели, дебита скважины.
В части первого варианта выполнения указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что сдвоенный штанговый насос для откачки жидких сред из скважины с двумя продуктивными пластами содержит связанный с колонной насосных труб цилиндр, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, причем его верхний плунжер большего диаметра с механическим уплотнением имеет сквозной канал и снабжен нагнетательным клапаном, а нижний плунжер меньшего диаметра выполнен в виде штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра и поверхностью штока, образует рабочую камеру насоса со всасывающим клапаном, выполненным в виде соосной с цилиндром тарелки с отверстием, через которое герметично пропущен шток, при этом ниже всасывающего клапана к цилиндру прикреплен приемный фильтр в виде перфорированной цилиндрической трубы, на приемном фильтре ниже и соосно последнему установлен второй цилиндр с всасывающим клапаном на входе со стороны нижнего торца второго цилиндра, причем полость приемного фильтра отделена от полости второго цилиндра, шток выполнен полым, проходит через приемный фильтр и установленное между приемным фильтром и вторым цилиндром механическое уплотнение внутрь второго цилиндра, со стороны нижнего конца полый шток снабжен нагнетательным клапаном, а со стороны верхнего конца шток пропущен через верхний плунжер и его полость сообщена с полостью цилиндра выше верхнего плунжера, на втором цилиндре установлен пакер для герметизации кольцевого пространства между вторым цилиндром и обсадной колонной скважины и разделения кольцевого пространства между пластами.
В части второго варианта выполнения указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что сдвоенный штанговый насос для откачки жидких сред из скважины с двумя продуктивными пластами содержит связанный с колонной насосных труб цилиндр, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, причем его верхний плунжер большего диаметра с механическим уплотнением имеет сквозной канал и снабжен нагнетательным клапаном, а
нижний плунжер меньшего диаметра выполнен в виде штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра и поверхностью штока, образует рабочую камеру насоса со всасывающим клапаном, выполненным в виде соосной с цилиндром тарелки с отверстием, через которое герметично пропущен шток, при этом ниже всасывающего клапана к цилиндру прикреплен приемный фильтр в виде перфорированной цилиндрической трубы, на приемном фильтре ниже и соосно последнему установлен второй цилиндр, причем полость приемного фильтра отделена от полости второго цилиндра, шток выполнен полым, проходит через приемный фильтр и установленное между приемным фильтром и вторым цилиндром механическое уплотнение внутрь второго цилиндра, со стороны нижнего конца полый шток снабжен поршнем с механическим уплотнением и двумя клапанами всасывающим, установленным в нижней части штока и нагнетательным, установленным в штоке выше поршня, причем межклапанное пространство штока сообщено с полостью второго цилиндра посредством выполненных в стенке штока выше поршня отверстий, верхний конец полого поршня пропущен через верхний плунжер и его полость сообщена с полостью цилиндра выше верхнего плунжера, а на втором цилиндре установлен пакер для герметизации кольцевого пространства между вторым цилиндром и обсадной колонной скважины и разделения кольцевого пространства между пластами.
В ходе исследования работы дифференциального штангового насоса было выявлено, что при его работе обеспечено гарантированное движение колонны штанг вниз за счет дополнительной гидравлической нагрузки на верхнюю ступень плунжера и шток, штанги не испытывают знакопеременных нагрузок, что увеличивает их работоспособность и долговечность, значительно снижены потери хода верхнего плунжера за счет уменьшения деформаций колонны штанг (они не скручиваются в спираль). Однако в случае эксплуатации скважин с двумя продуктивными пластами на условия всасывания оказывает влияние различие параметров, которые имеет откачиваемая жидкая среда в продуктивных пластах, в частности состав жидкой среды, определяющий такие параметры, как вязкость и удельный вес, давление жидкой среды в продуктивных пластах и температура откачиваемой жидкой среды, загрязненность откачиваемой из пластов жидкой среды и целый рад других параметров. Все это требует организации раздельной откачки жидких сред из пластов с последующим или выравниванием параметров жидких сред из пластов для одновременной транспортировки смеси жидких сред из скважины на поверхность или транспортировки каждой среды по отдельному трубопроводу.
Закрепление на насосе пакера позволяет разобщить продуктивные пласты, что предотвращает переток жидкой среды между пластами. Выполнение штока полым и снабжение его нагнетательным клапаном, а также выполнение второго цилиндра с всасывающим клапаном в его нижней части и снабженного механическим уплотнением в его верхней части, дает возможность создать сдвоенный штанговый насос, причем каждый насос работает независимо и откачивает жидкую среду, преимущественно нефть, из одного из продуктивных пластов. В результате достигнута возможность одновременной откачки пластовых жидкостей из двух продуктивных пластов с помощью одного привода. В зависимости от скважинных условий продукции пластов могут смешиваться на разных уровнях в скважине или транспортироваться раздельно.
При этом дифференциальный плунжер и поршень выполняют с использованием механических уплотнений по патенту РФ №2037077.
На фиг.1 представлен продольный разрез сдвоенного штангового насоса.
На фиг.2 представлен продольный разрез второго варианта сдвоенного штангового насоса.
Сдвоенный штанговый насос для откачки жидких сред из скважины с двумя продуктивными пластами содержит связанный с колонной насосных труб цилиндр 1, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг 2 дифференциальный плунжер 3, причем его верхний плунжер 4 большего диаметра с механическим уплотнением 5 имеет сквозной канал 6 и снабжен нагнетательным клапаном 7, а его нижний плунжер меньшего диаметра выполнен в виде штока 8. Кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра 1 и поверхностью штока 8, образует рабочую камеру 9 насоса со всасывающим клапаном 10, выполненным в виде соосной с цилиндром 1 тарелки 11 с отверстием 12, через которое герметично пропущен шток 8. На тарелке 11 установлено механическое уплотнение 13 и шток 8 пропущен герметично с помощью механического уплотнения 13 через отверстие 12 тарелки 11. Ниже всасывающего клапана 10 к цилиндру 1 прикреплен приемный фильтр 14 в виде перфорированной цилиндрической трубы. На приемном фильтре 14 ниже и соосно последнему установлен второй цилиндр 15 с всасывающим клапаном 16 на входе со стороны нижнего торца второго цилиндра 15, причем полости приемного фильтра 14 и второго цилиндра 15 разделены, например посредством перегородки с механическим уплотнением 17. Шток 8 выполнен полым, проходит через приемный фильтр 14 и механическое уплотнение 17 внутрь второго цилиндра 15. Со стороны нижнего конца полый шток 8 снабжен нагнетательным клапаном 18. С верхнего конца шток 8 пропущен через верхний плунжер 4 и его полость (полость штока 8) сообщена с полостью цилиндра 1 выше верхнего
плунжера 4, а на втором цилиндре 15 установлен пакер 19 для герметизации кольцевого пространства между вторым цилиндром 15 и обсадной колонной 20 скважины и разделения кольцевого пространства 21 между пластами (верхний продуктивный пласт 22 и нижний продуктивный пласт 23).
Второй вариант выполнения сдвоенного штангового насоса отличается от первого тем, что со стороны нижнего конца полый шток 8 снабжен поршнем 24 с механическим уплотнением и двумя клапанами, при этом в нижней части штока 8 установлен всасывающий клапан 25, а нагнетательный клапан 18, установлен в штоке 8 выше поршня 24, причем межклапанное пространство штока 8 сообщено с полостью (рабочей камерой) второго цилиндра 15 посредством выполненных в стенке штока 8 выше поршня 24 отверстий 26.
Сдвоенный штанговый насос работает следующим образом.
При ходе дифференциального плунжера 3 вниз нагнетательные клапаны 7 и 18 открываются и перепускают жидкость, соответственно, из рабочей камеры 9 в сквозной канал 6 и из рабочей камеры второго цилиндра 15 через полый шток 8 в цилиндр 1 выше верхнего плунжера 4 и далее в колонну насосных труб.
При ходе дифференниального плунжера 4 и полого штока 8 вместе со колонной насосных штанг 2 вверх нагнетательные клапаны 18 и 7 закрываются и открываются всасывающие клапаны: 10, для первого варианта 16, и для второго варианта 25. Начинается процесс всасывания. По сравнению с обычными насосами заполнение рабочей камеры 9 и рабочей камеры второго цилиндра 15 сдвоенного насоса происходит более эффективно ввиду следующих причин:
- силы трения в механическом уплотнении 13 всасывающего клапана 10 облегчают подъем тарелки 11 и снижают гидравлические потери в клапане 10;
- в нижнем насосе более высокое давление подпора, ввиду наличия пакера 19. После достижения плунжером 4 и полым штоком 8 верхнего крайнего положения и заполнения рабочей камеры 9 жидкостью из верхнего продуктивного пласта 22 и рабочей камеры цилиндра 15 жидкостью из нижнего продуктивного пласта 23 начинается движение дифференциального плунжера 3 вниз и повторяется описанный выше цикл нагнетания откачиваемой из пластов 22 и 23 пластовой жидкости.
В результате достигается:
1. Увеличение дебита скважины, так как пласты работают независимо друг от Друга.
2. Экономятся средства за счет того, что два разных пласта разрабатываются через одну скважину и с одним приводом.
В зависимости от рабочих условий (дебита, пластового давления, содержания газа, механических примесей, вязкости и т.д.) можно подобрать соответствующие диаметры плунжеров и штоков с тем, чтобы обеспечить наиболее эффективный режим откачки из скважины жидких сред, в частности нефти.
Настоящая полезная модель может быть использована в нефтяной и других отраслях промышленности, где требуется откачка из скважины различных жидких сред, в том числе высоковязкой нефти.
1. Сдвоенный штанговый насос для откачки жидких сред из скважины с двумя продуктивными пластами, содержащий связанный с колонной насосных труб цилиндр, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, причем его верхний плунжер большего диаметра с механическим уплотнением имеет сквозной канал и снабжен нагнетательным клапаном, а нижний плунжер меньшего диаметра выполнен в виде штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра и поверхностью штока, образует рабочую камеру насоса со всасывающим клапаном, выполненным в виде соосной с цилиндром тарелки с отверстием, через которое герметично пропущен шток, отличающийся тем, что ниже всасывающего клапана к цилиндру прикреплен приемный фильтр в виде перфорированной цилиндрической трубы, на приемном фильтре ниже и соосно последнему установлен второй цилиндр с всасывающим клапаном на входе со стороны нижнего торца второго цилиндра, причем полость приемного фильтра отделена от полости второго цилиндра, шток выполнен полым, проходит через приемный фильтр и установленное между приемным фильтром и вторым цилиндром механическое уплотнение внутрь второго цилиндра, со стороны нижнего конца полый шток снабжен нагнетательным клапаном, а со стороны верхнего конца шток пропущен через верхний плунжер и его полость сообщена с полостью цилиндра выше верхнего плунжера, на втором цилиндре установлен пакер для герметизации кольцевого пространства между вторым цилиндром и обсадной колонной скважины и разделения кольцевого пространства между пластами.
2. Сдвоенный штанговый насос для откачки жидких сред из скважины с двумя продуктивными пластами, содержащий связанный с колонной насосных труб цилиндр, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, причем его верхний плунжер большего диаметра с механическим уплотнением имеет сквозной канал и снабжен нагнетательным клапаном, а нижний плунжер меньшего диаметра выполнен в виде штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра и поверхностью штока, образует рабочую камеру насоса с всасывающим клапаном, выполненным в виде соосной с цилиндром тарелки с отверстием, через которое герметично пропущен шток, отличающийся тем, что ниже всасывающего клапана к цилиндру прикреплен приемный фильтр в виде перфорированной цилиндрической трубы, на приемном фильтре ниже и соосно последнему установлен второй цилиндр, причем полость приемного фильтра отделена от полости второго цилиндра, шток выполнен полым, проходит через приемный фильтр и установленное между приемным фильтром и вторым цилиндром механическое уплотнение внутрь второго цилиндра, со стороны нижнего конца полый шток снабжен поршнем с механическим уплотнением и двумя клапанами всасывающим, установленным в нижней части штока и нагнетательным, установленным в штоке выше поршня, причем межклапанное пространство штока сообщено с полостью второго цилиндра посредством выполненных в стенке штока выше поршня отверстий, верхний конец полого поршня пропущен через верхний плунжер и его полость сообщена с полостью цилиндра выше верхнего плунжера, а на втором цилиндре установлен пакер для герметизации кольцевого пространства между вторым цилиндром и обсадной колонной скважины и разделения кольцевого пространства между пластами.
