Устройство для слива жидкости из колонны насосно- компрессорных труб

 

Использование: устройство для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб относится к нефтяной промышленности, в частности к добыче нефти скважинными насосами - электропогружными, штанговыми, шиберными. Устройство содержит дифференциальный поршень, установленный с возможностью осевого перемещения в корпусе. Полости со стороны большей ступени поршня гидравлически сообщены с полостью НКТ, а со стороны меньшей ступени поршня - с затрубным пространством. Устройство позволяет расширить эксплуатационные возможности, повысить надежность и снизить эксплуатационные затраты. 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к добыче нефти из нефтяных скважин с помощью бесштанговых скважинных насосов - электропогружных, диафрагменных, гидропоршневых и других видов.

Известно устройство для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), содержащее рычажный механизм открытия и закрытия сливного канала, приводимый в действие посредством штанговой колонны скважинного насоса [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является сливной клапан для слива жидкости из колонны НКТ [2].

Недостатком клапана является то, что для обеспечения слива жидкости из колонны НКТ необходимо с поверхности сбрасывать в колонну НКТ металлический стержень с целью разрушения клапана. Однако надежность разрушения клапана является недостаточной в связи с тем, что сбрасываемый стержень может проходить не по оси колонны НКТ и тем самым не разрушать устройства, зависать в колонне НКТ при наличии высоковязкой нефти, парафиносмолистых отложений. В случае неразрушения устройства насос и НКТ извлекаются из скважины под сифоном, что увеличивает эксплуатационные затраты, обуславливает снижение безопасности работы подъемного агрегата, загрязняет окружающую среду.

Для замены разрушенного клапана необходимо изготавливать новый, что при большом фонде скважин также увеличивает эксплуатационные затраты.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности работы. Достигается это за счет того, что устройство снабжено дифференциальным поршнем с большей и меньшей ступенями, цилиндр имеет пружину и выполнен с боковыми каналами, при этом меньшая ступень поршня расположена со стороны фланца, а поршень со стороны меньшей ступени подпружинен установленной в цилиндре пружиной, при этом один из боковых каналов выполнен со стороны большей ступени соосно с ней, другой - в стенке цилиндра со стороны меньшей ступени без возможности перекрытия большей ступенью поршня при его перемещении на закрытие сливного канала, причем пропускная способность сливного канала многократно меньше производительности насоса и больше перепускной способности бокового канала в стенке цилиндра, а перепад давления на боковом и сливном каналах обеспечивает создание в полости меньшей ступени дифференциального поршня давления, меньшего давления со стороны большей ступени поршня на величину, обеспечивающую создание на большую ступень поршня со стороны пружины усилия, равного или большего усилия сжатия пружины.

Сущностью изобретения является то, что устройство снабжено дифференциальным поршнем с большей и меньшей ступенями, цилиндр имеет пружину и выполнен с боковыми каналами, при этом меньшая ступень поршня расположена со стороны фланца, а поршень со стороны меньшей ступени подпружинен установленной в цилиндре пружиной, при этом один из боковых каналов выполнен со стороны большей ступени соосно с ней, другой - в стенке цилиндра без возможности перекрытия большей ступенью поршня при его перемещении на закрытие сливного канала, причем пропускная способность сливного канала многократно меньше производительности насоса и больше пропускной способности бокового канала в стенке цилиндра, а перепад давления на боковом и сливном каналах обеспечивает создание в полости меньшей ступени дифференциального поршня давления, меньшего давления со стороны большей ступени на величину, обеспечивающую создание на большую ступень поршня со стороны пружины усилия, равного или большего усилия сжатия пружины.

Отличительными признаками устройства являются: - в цилиндре устройства установлен дифференциальный поршень; - дифференциальный поршень со стороны меньшей ступени подпружинен установленной в цилиндре пружиной; - в цилиндре выполнены дополнительные боковые каналы, при этом один из боковых каналов выполнен со стороны большей ступени, другой - в стенке цилиндра без возможности перекрытия большей ступенью поршня при его перемещении на закрытие сливного канала, причем пропускная способность канала многократно меньше производительности насоса и больше пропускной способности бокового канала в стенке цилиндра, а перепад давления на боковом и сливном каналах обеспечивает создание в полости меньшей ступени дифференциального поршня давления, меньшего давления со стороны большей ступени на величину, обеспечивающую создание на большую ступень поршня со стороны пружины усилия, равного или большего усилия сжатия пружины.

На чертеже изображена схема устройства.

Оно включает дифференциальный поршень 1, установленный в цилиндре 2 с возможностью возвратно-поступательного перемещения до соприкосновения с цилиндром 2 со стороны большей и меньшей ступеней (условно не обозначены). Со стороны меньшей ступени поршень подпружинен пружиной 3, которая в нормальном (открытом) положении перемещает его в сторону большей ступени. Цилиндр 2 укреплен фланцем 4 на колонне НКТ 5. В цилиндре со стороны большей ступени поршня соосно с ней выполнен гидравлический канал 6, а в стенке цилиндра со стороны меньшей ступени поршня - гидравлический канал 7, который не перекрывается большей ступенью поршня при его перемещении к сливному каналу 8, выполненному во фланце 4. Размеры канала 7 выполнены с условием, чтобы его пропускная способность обеспечивала возникновение на нем перепада давления, обеспечивающего создание на большей ступени поршня усилия, равного или большего усилия сжатия пружины 3. Большая и меньшая ступени поршня 1 вместе с цилиндром 2 образуют полости: V_б - большей ступени и V_м - меньшей ступени. Через каналы 6, 7, 8 на поршень воздействуют давления Р_г - гидростатическое в колонне НКТ и Р_з - гидростатическое в затрубном пространстве (ЗП).

Работа устройства рассматривается для двух крайних положений и заключается в следующем: I положение - необходимость закрытия сливного канала 8, отвечающая процессу запуска насоса в работу; II положение - необходимость открытия сливного канала 8, соответствующая процессу подъема насоса.

В начальный период первого положения (при неработающем насосе) канал 8 открыт, поскольку силы гидростатических давлений Р_г, Р_б, Р_з, воздействующие на поршень 1 через канала 6, 7, 8, в сумме уравновешены ввиду равенства столбов жидкости в НКТ и ЗП. В результате поршень 1 под действием пружины 3 отодвинут от сливного канала 8 в крайнее левое положение. При этом полость НКТ гидравлически сообщена с затрубным пространством через канал 7, полость V_м и канал 8.

При запуске насоса в работу основная часть откачиваемой жидкости поступает в НКТ, а незначительная ее часть через канал 7, полость V_м и сливной канал 8 - в ЗП. В результате величина столба жидкости в затрубном пространстве, а соответственно и давление Р_з уменьшаются на глубине размещения устройства, что обуславливает возникновение перепада давления на канале 7, т. е. давление в полости V_м уменьшается, а давление в полости V_б будет без изменения.

Вследствие изложенного нарушается равновесие сил, воздействующих на поршень 1 соосно с двух сторон, что обеспечивает перемещение поршня 1 в сторону сливного канала 8. При достижении определенного перепада давлений Р_г, Р_б, Р_з на поршень 1 возникает сила, равная или превышающая усилие сжатия пружины 3, в результате чего поршень 1 прижат к сливному каналу 8 и перекрывает его. При этом истечение жидкости через сливной канал 8 прекращается и вся откачиваемая жидкость поступает в НКТ, обеспечивая тем самым дальнейшее уменьшение величины столба жидкости в ЗП и повышение силы прижатия поршня 1 к сливному каналу 8 (повышение надежности его закрытия).

В начале второго положения клапан 8 закрыт. Для его открытия скважина прокачивается (глушится) жидкостью, закачиваемой с поверхности. При этом происходит выравнивание величин давлений Р_т, Р_г, Р_з и устранение сжимающей пружину 3 силы. В результате поршень 1 силой разжатия пружины 3 отодвигается от сливного канала 8, обеспечивая его открытие и последующий слив жидкости через него.

При подъеме каждой НКТ, особенно при ускоренном ее подъеме и ограниченном расходе жидкости через сливное отверстие 8, давление Р_г всегда больше давления Рз на величину, равную, по крайней мере, давлению столба жидкости на длине одной НКТ. Например, при длине одной НКТ 8-9 м гидростатическое давление составит 0,08-0,09 МПа (по воде).

Для недопущения закрытия сливного канала 8 в указанных условиях минимальное усилие сжатия пружины определяется равным или превышающим силу, создаваемую указанным перепадом.

После подъема устройства на поверхность устройство профилактически ремонтируется и повторно используется. Последнее снижает эксплуатационные затраты.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛИВА ЖИДКОСТИ ИЗ КОЛОННЫ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ, содержащее установленный на стенках НКТ с помощью фланца цилиндр, полость которого гидравлически сообщена с затрубным пространством через канал во фланце, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности в работе, оно снабжено дифференциальным поршнем с большей и меньшей ступенями, цилиндр имеет пружину и выполнен с боковыми каналами, при этом меньшая ступень поршня расположена со стороны фланца, а поршень со стороны меньшей ступени подпружинен установленной в цилиндре пружиной, при этом один из боковых каналов выполнен со стороны большей ступени соосно в ней, а другой - в стенке цилиндра без возможности перекрытия большей ступенью поршня при его перемещении на закрытие сливного канала, причем пропускная способность сливного канала многократно меньше производительности насоса и больше пропускной способности бокового канала в стенке цилиндра, а перепад давлений на боковом и сливном каналах обеспечивает создание в полости меньшей ступени дифференциального поршня давления, меньшего давления со стороны большей ступени поршня на величину, обеспечивающую создание на большую ступень поршня со стороны пружины усилия, равного или большего усилия сжатия пружины.

РИСУНКИ

Рисунок 1