Глубинный плунжерный насос


 


Владельцы патента RU 2413095:

Габдуллин Ривенер Мусавирович (RU)

Изобретение относится к насосной технике, используемой при добыче нефти, в частности к погружным скважинным насосам для подъема пластовой жидкости из глубоких скважин с высоким содержанием солей, агрессивных сред и твердых частиц. Глубинный плунжерный насос содержит корпус, насосную камеру с всасывающим клапаном и сообщенную при помощи нагнетательного клапана с колонной насосно-компрессорных труб. Управляющая камера с приводной жидкостью отделена при помощи перегородки от насосной камеры. Между насосной камерой и управляющей камерой образована полость, заполненная буферной жидкостью, с образованием гидрозатвора. В управляющей камере своей нижней частью расположен плунжер, соединенный посредством штока с колонной штанг. Верхняя часть плунжера размещена в разделительной камере. Последняя образована над управляющей камерой и отделена от нее цилиндром с, по крайней мере, одним кольцевым уплотнением, охватывающим плунжер, и заполнена разделительной жидкостью, отделенной от находящейся в колонне насосно-компрессорных труб перекачиваемой жидкости свободно перемещающимся разделителем, уплотненным относительно внутренней стенки корпуса и штока соответственно наружным и внутренним кольцевыми уплотнениями. В результате достигается повышение надежности работы глубинного плунжерного насоса и увеличение межремонтного ресурса его работы. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к насосной технике, используемой при добыче нефти, в частности к погружным скважинным насосам для подъема пластовой жидкости из глубоких скважин с высоким содержанием солей, агрессивных сред и твердых частиц.

Известна насосная установка для перекачки жидкостей, содержащая емкости, каждая из которых снабжена всасывающим и нагнетательным клапанами, подключенные к всасывающему и нагнетательному трубопроводам, при этом нижняя часть каждой емкости заполнена приводной жидкостью, верхняя часть перекачиваемой жидкостью, а между ними находится слой буферной жидкости (см. авторское свидетельство SU №1023148, кл. F04F 11/00, 15.06.1983).

Однако наличие двух емкостей, независимых друг от друга, а также насоса непрерывного действия с комплексом трубопроводов, клапанов, датчиков и гидроавтоматики, усложняет конструкцию насоса, уменьшает его надежность и делает практически невозможным его применение для подъема жидкости из скважины из-за трудности управления клапанами на потоках приводной и откачиваемой жидкостей. Кроме того, буферная жидкость, состоящая из тех же компонентов, что и приводная и откачиваемая жидкости, быстро перемещается с одной из них и потеряет свойства буферной жидкости.

Известна насосная глубинная установка, содержащая погружной гидроприводной насос с корпусом и приемной камерой, на входе которой установлен всасывающий клапан, а на выходе - нагнетательный клапан, сообщенный со стороны нагнетания с колонной труб, и привод (см. патент RU №2283970, кл. F04B 47/04, 20.09.2006).

Однако наличие насоса двустороннего действия с комплексом трубопроводов, клапанов, датчиков и гидроавтоматики усложняет конструкцию установки, уменьшает ее надежность. Кроме того, к снижению надежности приводит то, что при откачке агрессивных сред и сред, содержащих твердые примеси, поршень непосредственно взаимодействует с перекачиваемой средой.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является глубинный плунжерный насос, содержащий корпус, насосную камеру с всасывающим клапаном и сообщенную при помощи нагнетательного клапана с колонной насосно-компрессорных труб, управляющую камеру с приводной жидкостью, отделенную при помощи перегородки от насосной камеры, при этом между насосной камерой и управляющей камерой образована полость, заполненная буферной жидкостью с образованием гидрозатвора (см. патент RU №2232260, опубл. 10.07.2004).

Однако энергия устьевого силового насоса передается через гидравлический канал между внутренней стенкой обсадной колонны и наружной стенкой насосно-компрессорных труб и повышение давления в процессе нагнетания в этом гидроканале отрицательно воздействует на герметичность и целостность обсадной колонны, особенно в старых скважинах, а при утечках приводной жидкости энергия устьевого силового насоса не доходит до плунжера. Кроме того, имеют место потери энергии и при сжатии объема жидкости в гидроканале и расширения внутреннего объема насосно-компрессорных труб, причем в случае наличия газа в приводной жидкости энергия устьевого силового насоса также не дойдет до плунжера. Большие потери энергии будут за счет трения гидроцилиндра с обсадной колонной с разрушением стенки последней.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции глубинного плунжерного насоса при одновременном исключении контакта перекачиваемой жидкости с плунжером и цилиндром глубинного плунжерного насоса.

Технический результат заключается в повышении надежности работы глубинного плунжерного насоса и увеличении межремонтного ресурса работы.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что глубинный плунжерный насос содержит корпус, насосную камеру с всасывающим клапаном и сообщенную при помощи нагнетательного клапана с колонной насосно-компрессорных труб управляющую камеру с приводной жидкостью, отделенную при помощи перегородки от насосной камеры, при этом между насосной камерой и управляющей камерой образована полость, заполненная буферной жидкостью с образованием гидрозатвора, в управляющей камере своей нижней частью расположен плунжер, соединенный посредством штока с колонной штанг, а верхняя часть плунжера размещена в разделительной камере, образованной над управляющей камерой и отделенной от последней цилиндром с, по крайней мере, одним кольцевым уплотнением, охватывающим плунжер, и заполненной разделительной жидкостью, отделенной от находящейся в колонне насосно-компрессорных труб перекачиваемой жидкости свободно перемещающимся разделителем, уплотненным относительно внутренней стенки корпуса и штока соответственно наружным и внутренним кольцевыми уплотнениями.

В качестве приводной и разделительной жидкостей может быть применена смазывающая жидкость, например минеральное масло.

Пространство над свободно перемещающимся разделителем ниже места сообщения насосной камеры с колонной труб предпочтительно частично заполнено буферной жидкостью.

В качестве буферной жидкости могут быть использованы ртуть, раствор бромида цинка - бромида кальция или жидкость, не смешивающаяся с перекачиваемой и приводной жидкостями или гель, имеющие удельный вес выше, чем у перекачиваемой и приводной жидкостей.

Внутренняя поверхность разделительной камеры и наружная поверхность штока, по которым перемещается разделитель, предпочтительно отполированы.

Внутренняя поверхность разделительной камеры и наружная поверхность штока, омываемые буферной жидкостью, размещенной над разделителем, предпочтительно покрыты материалом, не смачивающимся буферной жидкостью.

На колонне штанг и/или штоке выше уровня буферной жидкости может быть установлен центратор.

При проведении исследований было выявлено, что выполнение приемной камеры насоса в виде двух камер - насосной и управляющей, разделенных в нижней части гидрозатвором, заполненным буферной жидкостью с удельным весом выше, чем у перекачиваемой и приводной жидкостей (в частности ртутью, раствором бромида цинка - бромида кальция и др.), позволяет перекачивать сильно загрязненные жидкости с большим содержанием твердых частиц и агрессивные среды. Наличие в гидрозатворе не смешиваемой с откачиваемой и приводной жидкостями буферной жидкости в виде жидкости или геля с большим удельным весом исключает попадание перекачиваемой жидкости и ее ингредиентов из насосной камеры в буферную жидкость, а следовательно, и в приводную жидкость. Наличие разделительной жидкости, которая одновременно является смазывающей жидкостью, над верхней частью плунжера, но отделенной от перекачиваемой жидкости подвижным герметичным разделителем, устраняет контакт перекачиваемой жидкости с плунжером, а наличие над подвижным разделителем дополнительного объема тяжелой буферной жидкости предотвращает попадание перекачиваемой жидкости и ее ингредиентов в разделительную жидкость, а также на участки поверхности штанги и внутренней цилиндрической поверхности, по которым движется подвижный разделитель, что, в свою очередь, уменьшает износ уплотнений и увеличивает срок службы насоса.

Глубинный плунжерный насос позволяет работать с высоковязкими нефтями, что расширяет возможности использования парка станков-качалок. Насос может работать при меньшем поступлении откачиваемой жидкости, чем производительность насоса, вплоть до полного отсутствия откачиваемой жидкости и работы насоса «всухую» без его повреждений и перегрева. При потере буферной жидкости гидроприводной насос продолжит работу в режиме обычного плунжерного насоса. Вышеперечисленные преимущества предлагаемого насоса позволяют намного увеличить надежность и межремонтный период насоса, а также расширяют области его применения.

На чертеже схематически представлен продольный разрез глубинного плунжерного насоса.

Глубинный плунжерный насос содержит корпус 1, насосную камеру 2 с всасывающим клапаном 3 и сообщенную при помощи нагнетательного клапана 4 с колонной насосно-компрессорных труб 5, управляющую камеру 6 с приводной жидкостью 7, отделенную при помощи перегородки 8 от насосной камеры 2. Между насосной камерой 2 и управляющей камерой 6 образована полость, заполненная буферной жидкостью 9 с образованием гидрозатвора. В управляющей камере 6 своей нижней частью расположен плунжер 10, соединенный посредством штока 11 с колонной штанг 12, а верхняя часть плунжера 10 размещена в разделительной камере 13, образованной над управляющей камерой и отделенной от последней цилиндром 14 с, по крайней мере, одним кольцевым уплотнением 15, охватывающим плунжер 10, и заполненной разделительной жидкостью 16, отделенной от находящейся в колонне насосно-компрессорных труб 5 перекачиваемой жидкости свободно перемещающимся разделителем 17, уплотненным относительно внутренней стенки корпуса 1 и штока 11 соответственно наружным 18 и внутренним 19 кольцевыми уплотнениями.

В качестве приводной 7 и разделительной 16 жидкостей может быть применена смазывающая жидкость, например минеральное масло.

Пространство над свободно перемещающимся разделителем 17 ниже места сообщения насосной камеры 2 с колонной насосно-компрессорных труб 5 предпочтительно частично заполнено буферной жидкостью 20.

В качестве буферной жидкости 9 и 20 могут быть использованы ртуть, раствор бромида цинка - бромида кальция или жидкость, не смешивающаяся с перекачиваемой и приводной жидкостями или гель, имеющие удельный вес выше, чем у перекачиваемой и приводной жидкостей.

Внутренняя поверхность разделительной камеры 13 и наружная поверхность штока 11, по которым перемещается разделитель 17, предпочтительно отполированы.

Внутренняя поверхность разделительной камеры 13 и наружная поверхность штока 11, омываемые буферной жидкостью 20, размещенной над разделителем 17, предпочтительно покрыты материалом, не смачивающимся буферной жидкостью 20.

На колонне штанг 12 и/или штоке 11 выше уровня буферной жидкости 20 может быть установлен центратор 21.

В начале всасывания откачиваемой жидкости из скважины (не показана) в управляющей камере 6 находится фиксированный и неизменный объемы приводной жидкости 7 и буферной жидкости 9 и минимальный объем откачиваемой жидкости, т.к. плунжер 10 находится в своей низшей точке. Свободно перемещающийся разделитель 17 и буферная жидкость 20 над плунжером 10 также находятся в свой низшей точке. По мере перемещения колонны штанг 12 вместе со штоком 11 и плунжером 10 вверх увеличивается объем насосной камеры 2, что приводит к открытию всасывающего клапана 3, через который откачиваемая жидкость начинает поступать в насосную камеру 2 из скважины. При этом свободно перемещающийся разделитель 17 и буферная жидкость 20 над плунжером 10 также перемещаются вверх вместе с плунжером 10. При достижении плунжером 10 своей верхней точки перемещения заполнение насосной камеры 2 откачиваемой из скважины жидкостью прекращается, закрывается всасывающий клапан 3, и начинается процесс нагнетания.

При нагнетании создаваемым движением колонны штанг 12 вместе со штоком 11 и плунжером 10 объем управляющей камеры 6 уменьшается, и начинается выдавливание приводной жидкостью 7 буферной жидкости 9, а последняя, в свою очередь, давит на откачиваемую жидкость в насосной камере 2, что приводит к открытию нагнетательного клапана 4. Как результат, откачиваемая жидкость из насосной камеры 2 через нагнетательный клапан 4 поступает в колонну насосно-компрессорных труб 5 по выполненному над нагнетательным клапаном 4 обводному каналу 22. Далее по колонне насосно-компрессорных труб 5 откачиваемая из скважины жидкость поступает на поверхность к потребителю откачиваемой из скважины жидкости. При достижении плунжером 10 своей низшей точки перемещения заканчивается цикл нагнетания, и начинается описанный выше следующий цикл всасывания.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности при добыче различных жидких сред из скважин.

1. Глубинный плунжерный насос, содержащий корпус, насосную камеру с всасывающим клапаном и сообщенную при помощи нагнетательного клапана с колонной насосно-компрессорных труб, управляющую камеру с приводной жидкостью, отделенную при помощи перегородки от насосной камеры, при этом между насосной камерой и управляющей камерой образована полость, заполненная буферной жидкостью с образованием гидрозатвора, отличающийся тем, что в управляющей камере своей нижней частью расположен плунжер, соединенный посредством штока с колонной штанг, а верхняя часть плунжера размещена в разделительной камере, образованной над управляющей камерой и отделенной от последней цилиндром с, по крайней мере, одним кольцевым уплотнением, охватывающим плунжер, и заполненной разделительной жидкостью, отделенной от находящейся в колонне насосно-компрессорных труб перекачиваемой жидкости свободно перемещающимся разделителем, уплотненным относительно внутренней стенки корпуса и штока, соответственно, наружным и внутренним кольцевыми уплотнениями.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что в качестве приводной и разделительной жидкостей применена смазывающая жидкость, например минеральное масло.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что пространство над свободно перемещающимся разделителем ниже места сообщения насосной камеры с колонной насосно-компрессорных труб частично заполнено буферной жидкостью.

4. Насос по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве буферной жидкости использована ртуть, раствор бромида цинка - бромида кальция или жидкость, не смешивающаяся с перекачиваемой и приводной жидкостями, или гель, имеющие удельный вес выше, чем у перекачиваемой и приводной жидкостей.

5. Насос по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность разделительной камеры и наружная поверхность штока, по которым перемещается разделитель, отполированы.

6. Насос по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность разделительной камеры и наружная поверхность штока, омываемые буферной жидкостью, размещенной над разделителем, покрыты материалом, не смачивающимся буферной жидкостью.

7. Насос по п.1, отличающийся тем, что на колонне штанг и/или штоке, выше уровня буферной жидкости, установлен центратор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к насосной технике, используемой при добыче нефти из глубоких скважин с высоким содержанием солей, агрессивных сред и твердых частиц. .

Изобретение относится к области компрессоро- и насосостроения и может быть использовано в нефтяной и газовой отраслях промышленности. .

Изобретение относится к насосной технике, преимущественно к средствам откачки текучих сред из скважин при помощи объемных насосов, имеющих эластичный рабочий орган и предназначенных для подъема из скважин агрессивных и солесодержащих пластовых жидкостей, в том числе нефти с содержанием газа.

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано при эксплуатации нефтедобывающих скважин, оборудованных глубинными гидропоршневыми или струйными насосами, передача энергии которым от наземных агрегатов осуществляется непрерывно движущими потоками рабочей жидкости.

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и предназначено для замены станка-качалки при добыче нефти. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано преимущественно при добыче нефтепродукта из глубоких скважин с использованием гидроприводных насосных агрегатов, управляемых с поверхности.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к силовому оборудованию нефтепромысловых установок, и может быть использовано в нефтедобывающей отрасли при подъеме пластовой жидкости на поверхность с широким диапазоном глубин залегания нефтеносных пластов, при этом оно может обеспечить работу установки независимо от физико-химических свойств жидкости.

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, точнее к приводным устройствам, включающим гидравлические и пневматические средства, и может быть использовано для подъема жидкостей с больших глубин.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин. .

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин. .

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано для подъема жидкости из скважин

Изобретение относится к устройствам для добычи высоковязкой нефти из буровых скважин

Изобретение относится к испытанию геологического пласта, в частности к управлению насосом или блоком перемещения текучих сред инструмента для испытания пласта

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, точнее - к приводным устройствам, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано в качестве привода, например насоса, для подъема жидкостей с больших глубин

Изобретение относится к горному делу и может быть применено в качестве привода с канатной связью для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов через одну скважину штанговыми насосами. Привод используется для приведения в действие двух штанговых насосов, расположенных на разных горизонтах одной скважины в двух параллельных колоннах насосно-компрессорных труб. При этом используются два каната, прикрепленных к общей траверсе, один из которых перекинут через один, а другой - через два канатных шкива. При движении траверсы, создаваемом двумя гидродомкратами, канатные подвески совершают встречное движение, передаваемое скважинным насосам. Технический результат заключается в снижении энергетических затрат на привод двух штанговых насосов в одной скважине. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для добычи нефти из скважин при большом содержании твердых частиц в откачиваемой жидкости, агрессивных сред, высокой вязкости и большой кривизне скважин. Скважинная насосная установка содержит лифтовую колонну, устьевой силовой гидроагрегат, погружной насос с насосной камерой, с подвижным рабочим органом. Погружной гидропривод с подвижным ступенчатым плунжером связан с устьевым силовым гидроагрегатом при помощи двух гидроканалов. Насосная камера дополнительно снабжена стаканом, в полости которого установлен подвижный рабочий орган, выполненный в виде тяжелой жидкости, например ртути. Тяжелая жидкость занимает максимальный объем насосной камеры до уровня всасывающего клапана насоса при верхнем положении ступенчатого плунжера гидропривода. Ступенчатый плунжер установлен в двух изолированных герметичных полостях с приводной жидкостью, верхняя из которых присоединена к одному гидроканалу, а нижняя - к другому. Часть ступенчатого плунжера, имеющего больший диаметр в месте разделения приводных полостей, и часть ступенчатого плунжера, имеющего меньший диаметр, расположенного в месте его выхода из верхней приводной полости в насосную камеру, уплотнены. Как результат разделение приводной рабочей жидкости от откачиваемой, отсутствие колонны штанг, минимальные потери на трение плунжера и возможность регулирования его динамических характеристик. 5 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для добычи нефти из скважин при большом содержании твердых частиц в откачиваемой жидкости, агрессивных сред, высокой вязкости и большой кривизне скважин. Скважинная насосная установка содержит устьевой силовой гидроагрегат, лифтовую колонну, погружной насос, погружной гидропривод со ступенчатым плунжером с уплотнениями. Гидропривод связан с устьевым силовым гидроагрегатом при помощи гидроканала, верхняя часть ступени плунжера большего диаметра расположена в лифтовой колонне. Переход диаметров плунжера находится в рабочей полости, соединенной с гидроканалом. Ступень малого диаметра плунжера соединена с погружным насосом. В месте выхода ступени большего диаметра плунжера в полость лифтовой колонны находится тяжелая буферная жидкость, например ртуть. Ниже уплотнения меньшего диаметра приводного плунжера образована защитная полость, заполненная приводной жидкостью, подпитываемая через тарированный перепускной клапан. Могут применяться накопители энергии в виде пружины или гидропневмоаккумулятора. Установка может работать с двумя гидроканалами без использования тяжелой жидкости. Отсутствует контакт подвижных органов с откачиваемой жидкостью, кроме того, отсутствуют колонны штанг. Достигаются минимальные потери на трение плунжера и появляется возможность регулирования динамических характеристик. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для эксплуатации проблемных заклинивающих скважин штанговыми насосами. Способ включает возвратно-поступательное движение и вращение колонны штанг. Скорость движения колонны штанг вниз изменяют пропорционально изменению нагрузки на устьевом штоке. Длину хода колонны штанг могут изменять пропорционально изменению нагрузки на устьевом штоке. Вращение колонны штанг могут осуществлять непрерывно. Технический результат заключается в обеспечении возможности устранения заклинивания колонны насосных штанг без разборки скважинного оборудования. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к насосной технике, используемой при добыче нефти, в частности к погружным скважинным насосам для подъема пластовой жидкости из глубоких скважин. Насос содержит корпус, в котором соосно размещены верхний и нижний поршни разного диаметра с центральными отверстиями. Поршни жестко связаны между собой соединительным элементом. Диаметр верхнего поршня выполнен меньше диаметра нижнего поршня. К верхней части корпуса присоединена колонна насосно-компрессорных труб, сверху которой жестко и герметично закреплен привод. Привод соединен с верхним поршнем посредством передаточного элемента. Нагнетательный клапан установлен на верхнем поршне, а всасывающий клапан - на нижнем поршне. Упругий элемент установлен снизу под нижним поршнем. Буферная емкость с наполненной откачиваемой жидкостью присоединена нижней частью к верхней части колонны насосно-компрессорных труб посредством питательной трубы. Соединительный элемент выполнен в виде перфорированной трубы, отверстия в которой расположены равномерно, а их суммарная площадь превышает площадь поперечного сечения самой перфорированной трубы. В качестве передаточного элемента использована откачиваемая жидкость в объеме, обеспечивающем ход поршней соответствующего заданной производительности насоса, при этом сила давления столба жидкости над нижним поршнем меньше силы упругости упругого элемента. Повышается эффективность работы насоса за счет снижения потребляемой энергии, повышается его пропускная способность. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации высокодебитных нефтяных скважин. Технический результат заключается в повышении производительности насоса. Скважинный штанговый насос двухстороннего действия включает спускаемый на колонне труб цилиндр и плунжер с верхними и нижними всасывающими и нагнетательными клапанами с запорными органами, причем верхний всасывающий клапан установлен снаружи цилиндра, а плунжер соединен с колонной штанг через полый шток с уплотнением. Нижний всасывающий клапан цилиндра расположен снаружи, плунжер сверху и снизу оснащен соответственно верхним и нижним нагнетательными клапанами. Полый шток сообщен через верхние отверстия с пространством колонны труб, а через верхний и нижний нагнетательные клапаны плунжера - с соответствующими полостями цилиндра, полости цилиндра и пространства колонны труб разобщены уплотнением полого штока. Каждый клапан выполнен в виде корпуса с внутренним кольцевым каналом, сообщающим входные радиальные окна с внутренней кольцевой проточкой, запорным органом в виде эластичной цилиндрической втулки с наружным утолщением, перекрывающей кольцевую проточку с возможностью пропуска внутрь и закрепленной на корпусе за утолщение снаружи замком. Входные окна всасывающих клапанов снаружи снабжены фильтрами, а выше цилиндра колонна труб снабжена сливным клапаном. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх