Скважинный плунжерный насос

 

Изобретение предназначено для использования в нефтяной промышленности при откачке вязких эмульсионных жидкостей и газожидкостных смесей. Насос содержит неподвижный цилиндр, плунжер с нагнетательным клапаном. Верхний всасывающий клапан установлен на плунжере, включающем верхний и нижний поршни, соединенные патрубком с окнами для приема нефти и сквозным каналом для прохода флюида. Верхний и нижний поршни не жестко связаны между собой. Нижний поршень имеет возможность возвратно-поступательного перемещения относительно верхнего поршня. Позволяет использовать штанговые насосы с большим диаметром для перекачивания эмульсионной нефти и газожидкостных смесей в больших объемах. 1 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в нефтедобыче при откачке вязких эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей из добывающих скважин.

Скважинный плунжерный насос содержит цилиндр с нижним всасывающим клапаном, расположенным в его нижней части, обеспечивающим гидравлическую связь цилиндра с хвостовиком и размещенным в нем плунжерным устройством, включающим верхний и нижний поршни, связанные патрубком с окнами для приема нефти и сквозным каналом для прохода флюида, а также нагнетательный и всасывающий клапаны. Верхний и нижний поршни не жестко связаны между собой, нижний поршень имеет возможность возвратно-поступательного перемещения относительно верхнего поршня.

Техническое решение относится к технике добычи нефти и может быть использовано при откачке вязких эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей из высокодебитных нефтяных скважин.

Известна скважинная штанговая насосная установка для откачки эмульсионных нефтей из добывающих скважин (1).

Недостатком данной конструкции является узкая область применения. Установка может использоваться с определенным процентным содержанием воды в нефти. Наиболее близким по техническому решению является глубинный насос с раздельными приемами для нефти и воды (2).

Основной недостаток данной конструкции - ограниченные отборы жидкости из пласта. Данная конструкция насоса не может обеспечить отбора нефти в объеме 100 т/сут и выше, поскольку габаритные размеры насоса не позволяют использовать в нефтяных скважинах штанговые насосы с диаметром плунжера 70 мм и выше.

Задача изобретения - создание насоса для откачки вязких эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей в больших объемах.

Поставленная задача решается за счет размещения верхнего всасывающего клапана для нефти на подвижном плунжерном устройстве, что позволяет использовать штанговые насосы с большим диаметром.

На чертеже схематично представлена конструкция скважинного плунжерного насоса. Устройство содержит цилиндр (1) с радиальными отверстиями (2) для приема нефти из затрубного пространства скважины. В нижней части цилиндра (1) установлен всасывающий клапан для воды (3), поступающей в цилиндр из хвостовика (4). Внутри цилиндра (1) размещено плунжерное устройство, включающее верхний поршень (5) с нагнетательным клапаном (6) и нижний поршень (7). Поршни (5,7) не жестко связаны между собой специальным патрубком (8) с окнами (9) для приема нефти и сквозным каналом для прохода флюида. Внутри патрубка (8) установлено конусное седло (10) верхнего всасывающего клапана (11), который размещен ниже седла (10) и выполнен в виде золотника конусного типа. Клапан (11) жестко связан с нижнем поршнем (7) и обладает возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри патрубка (8) от седла (10) до упора, установленного в нижней части патрубка (8).

Скважинный плунжерный насос работает следующим образом. Когда поршни (5 и 7) находятся в крайнем нижнем положении, нагнетательный клапан (6) при этом еще открыт, а всасывающие клапаны (3 и 11) закрыты. Под поршнем (7) находится пластовая вода, давление под ним равно давлению в полости лифта (12). Поршень (5) перекрывает радиальные отверстия (2) и полость цилиндра (1) разобщена от затрубного пространства скважины. В кольцевом пространстве цилиндра (1) находится нефть под давлением, равном давлению в затрубном пространстве скважины на глубине спуска насоса. При ходе колонны штанг (13) вверх нагнетательный клапан (6) закрывается и открывается верхний всасывающий клапан (11). Полость рабочей камеры под поршнем (7) сообщается с кольцевым пространством цилиндра (1) и давление в них становится равным. Поршень (7) совместно с поршнем (5) начнет перемещаться вверх и давление под ним упадет до давления на приеме всасывающего клапана (3).

Клапан (3) откроется и пластовая вода из хвостовика (4) начнет поступать в цилиндр насоса. Цикл всасывания воды будет продолжаться до тех пор, пока нижний торец поршня (5) не достигнет отверстий (2) в цилиндре (1). В этот момент нефть из затрубного пространства начнет поступать в рабочую камеру насоса. Давление под поршнем (7) возрастет до давления в затрубном пространстве у входа нефти в цилиндр и всасывающих клапан (3) закроется. Более высокое давление в затрубном пространстве скважины по сравнению с давлением у приема клапана (3) обусловлено тем, что по хвостовику (4) и затрубному пространству скважины извлекаются флюиды с различной плотностью. Цикл всасывания нефти будет продолжаться до момента, когда плунжерное устройство не займет крайнее верхнее положение. Поршень (7) при этом располагается под отверстиями (2), клапан (11) открыт, а клапаны (3 и 6) закрыты. В рабочей камере насоса нефть располагается в верхней части, в нижней - пластовая вода. Объем воды, заполнившей нижнюю часть цилиндра (1), равен количеству воды, поступившей на забой скважины за один цикл работы насоса. Это соответствие между отбором и притоком флюида достигается подгонкой поршня (5) относительно отверстий (2). В зависимости от обводненности нефти отверстия (2) перекрываются верхней, средней или нижней частью поршня (5) при крайнем нижнем его положении.

При ходе штанг вниз клапан (11) закрывается и под поршнем (7) давление начнет расти, и в момент равенства давлений в рабочей камере насоса и в лифте (12) открывается нагнетательный клапан (6), и нефть из цилиндра (1) перетекает в полость лифта. Этот процесс продолжается до тех пор, пока поршень (7) не достигнет раздела нефти и воды в цилиндре (1). В дальнейшем при перемещении колонны штанг вниз в лифтовые трубы поступает вода. Перетек воды из цилиндра в лифт продолжается до момента, когда плунжерное устройство не достигнет крайнего нижнего положения. При ходе колонны штанг вверх цикл работы насоса повторится.

Источники информации 1. SU 1236161 А1, 1986.

2. SU 1323743 А2, 1987.

Формула изобретения

Скважинный плунжерный насос, содержащий неподвижный цилиндр, плунжер с нагнетательным клапаном, верхний и нижний всасывающие клапаны, отличающийся тем, что верхний всасывающий клапан установлен на плунжере, включающем верхний и нижний поршни, соединенные патрубком с окнами для приема нефти и сквозным каналом для прохода флюида, причем верхний и нижний поршни не жестко связаны между собой и нижний поршень имеет возможность возвратно-поступательного перемещения относительно верхнего поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1