Насосная установка

Авторы патента:

F04B47/08 - с гидравлическими или пневматическими двигателями

Владельцы патента RU 2506458:

Логинова Ольга Иосифовна (RU)

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в скважинных насосных установках для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин. Установка содержит плунжерный насос с возвратно-поступательным движением плунжера за счет продольной упругой деформации полого штока с наполнителем, верхний конец которого закреплен на устье скважины. Цилиндр закреплен с помощью накера на обсадной колонне. Наполнитель выполнен в виде груза, подвешенного на канате, а возвратно-поступательные движения плунжера осуществляются за счет подъема и опускания груза на дно штока. Повышается напор и обеспечивается работоспособность насосных установок при значительном содержании газа в скважинной жидкости. 3 ил.

Изобретение относится к скважинным насосным установкам и может использоваться для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин.

Известна установка глубинного штангового насоса по книге Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти (расчет и конструкция). Издательство «НЕДРА», Москва 1968 г., стр.29-30. Основной недостаток этой насосной установки, кроме прочих, заключается в ограниченной высоте подъема жидкости, не более 2000 м, а также в том, что при откачке газожидкостной смеси установка не может обеспечить необходимую степень сжатия газа для открытия обратного клапана. В связи с этим установка не способна работать при повышенном содержании газа в скважинной жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является насосная установка, известная по патенту на изобретение RU 2378534 C1, МПК⁷ F04B 47/08 от 10.01.2010 г., содержащая плунжерный насос, цилиндр и мембранно-клапанная система которого неподвижно закреплены с помощью пакера к обсадной колонне, а шток плунжера выполнен в; виде трубы с наполнителем, верхний конец которого крепится к устью скважины, при этом возвратно-поступательные движения плунжера совершаются за счет продольной упругой деформации штока, вызванной циклическим изменением давления наполнителя.

Основной недостаток этой установки, заключается в том, что продольная упругая деформация штока, осуществляется циклическим изменением давления наполнителя, который давит не только на дно штока, но и на стенки. При этом шток испытывает напряженное состояние не только от давления наполнителя, но и от собственного веса и веса наполнителя. Поэтому при откачке жидкости с большой глубины напряжения в штоке могут превысить предел усталости материала и вывести шток из строя.

Дополнительным недостатком является то, что плунжер вытесняет перекачиваемую жидкость в скважину посредством мембранно-клапанной системы. При вытеснении перекачиваемой жидкости мембрана имеет возможность продавливаться в выпускные отверстия и разрушаться. Поэтому напор насосной установки ограничен также прочностью мембраны.

Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в повышении напора и в обеспечении работоспособности насосных установок при значительном содержании газа в скважинной жидкости.

Указанная задача в насосной установке, содержащей плунжерный насос с возвратно-поступательным движением плунжера за счет продольной упругой деформации полого штока с наполнителем, верхний конец которого закреплен на устье скважины, а цилиндр закреплен с помощью пакера на обсадной колонне, решается тем, что наполнитель выполнен в виде груза, подвешенного на канате, а возвратно-поступательные движения плунжера осуществляются за счет подъема и опускания груза на дно штока.

Проведенный научно-технический анализ предложения и уровня техники свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение для специалиста не следует явным образом из уровня техники, при этом признаки изложенной совокупности взаимосвязаны, находятся в причинно-следственной связи с ожидаемым результатом и являются необходимыми и достаточными для его получения.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображена насосная установка в разрезе, смонтированная в скважину;

на фиг.2 изображен фрагмент насосной установки в разрезе в процессе вытеснения перекачиваемой жидкости из цилиндра в скважину выше пакера;

на фиг.3 изображен фрагмент насосной установки в разрезе в процессе всасывания перекачиваемой жидкости в цилиндр из скважины ниже пакера.

Насосная установка, представленная на фиг.1 содержит плунжерный насос, цилиндр 1 которого закреплен с помощью пакера 2 на обсадной колонне 3. Как вариант цилиндр 1 может быть установлен в насосно-компрессорные трубы (не показано). Верхний конец штока 4 плунжера 5 установлен на устье скважины 6. Шток 4, выполнен в виде набора труб, выполненных из материала с низким модулем упругости, например из сплава алюминия. В шток установлен груз 7, подвешенный на канате 8. Верхний конец каната 8 прикреплен к грузоподъемному устройству (не показано).

Плунжер 5 выполнен полым и крепится к нижнему концу штока 4 с помощью муфты 9. Его верхний конец снабжен выпускными каналами 10, а нижний - впускным клапаном 11, ограничивающим сверху рабочий объем цилиндра 1. Цилиндр 1 снабжен впускным клапаном 12, ограничивающим его рабочий объем снизу.

Работает установка следующим образом: груз 7 с помощью каната 8 приподнимается грузоподъемным устройством, например барабанной лебедкой (не показано) над дном штока 4 на высоту L. Затем груз 7 опускается (падает) на дно штока 4. Шток 4 вытягивается под действием силы тяжести груза 7 и силы инерции.

Величина деформации штока может быть определена приблизительно из уравнения баланса энергии

где m - масса груза, кг;

v - скорость падения груза, м/с;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

x - величина деформации штока (ход плунжера 5), м;

к - жесткость штока 4, Н/м;

H - напор насоса, м;

ρ - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³;

V - объем перекачиваемой жидкости за один цикл, м^/;

h_w - потери энергии, Дж.

Из уравнения 1.1 ход плунжера составит

где S - площадь плунжера, м².

Плунжер 5 заглубляется в цилиндр 1 до соприкосновения с впускным клапаном 12 цилиндра 1 (см. фиг.2) и вытесняет газожидкостную смесь из цилиндра 1 в скважину.

Так как нерабочий объем Б цилиндра 1 незначителен, то газожидкостная смесь (показана стрелками), находящаяся в цилиндре 1 (между впускными клапанами плунжера и цилиндра) почти полностью вытесняется плунжером 5 через клапан 11, полость плунжера 5 и каналы 10 (см. фиг.1) в скважину над пакером 2 и далее через патрубки 13 на поверхность. При этом степень сжатия газожидкостной смеси из-за незначительного нерабочего объема Б (см. фиг.2) достигает величины, обеспечивающей выравнивание давления газожидкостной смеси с давлением перекачиваемой жидкости, соответствующей напору насосной установки. Это создает условие для открытия впускного клапана 11 штока 5 и откачивания газожидкостной смеси.

После вытеснения газожидкостной смеси из цилиндра 1 в скважину грузоподъемное устройство (не показано) возвращает груз 7 в исходное положение. За счет энергии упругих деформаций шток 4 укорачивается и плунжер 5 возвращается в исходное положение, создавая разрежение в рабочей полости цилиндра 1. Впускной клапан 12 цилиндра 1 открывается и газожидкостная смесь (показана стрелками на фиг.3) заполняет рабочую полость цилиндра 1 вновь. Цикл повторяется.

Для более эффективной работы насосной установки груз должен подниматься и опускаться в такт колебания штока с грузом, т.е. число опусканий груза должно быть равно или меньше собственной частоты колебательной системы в целое число раз.

Чтобы обеспечить подачу жидкости 200 м³/сут при напоре 3000 м насосная установка должна иметь следующие параметры:

- шток должен быть изготовлен из труб диаметром 75 мм и толщиной стенки 2,5 мм. Материал труб - алюминиевый сплав Д16 с пределом текучести 285 МПа и модулем упругости 72 ГПа;

- длина штока 3000 мм;

- жесткость штока 13666 Н/м;

- площадь плунжера 0,0044177 м²;

- плотность перекачиваемой жидкости 980 кг/м³;

- масса груза 2605 кг;

- высота подъема груза 10 м;

- скорость падения груза 12,8 м/с;

- ход плунжера 1,857 м;

- подача жидкости за один цикл 0,00821 м³;

- собственная частота колебания системы 0,282 с^-1

- число колебаний в минуту 17

При этом суммарные растягивающие напряжения в штоке от собственного веса с грузом и деформации составляют не более 182 МПа, т.е в 1,57 раз меньше предела текучести материала штока.

Таким образом, изобретение позволяет получить технический результат, выражающийся в повышении напора и обеспечении работоспособности насосных установок при значительном содержании газа в скважинной жидкости.

Насосная установка, содержащая плунжерный насос с возвратно-поступательным движением плунжера за счет продольной упругой деформации полого штока с наполнителем, верхний конец которого закреплен на устье скважины, а цилиндр закреплен с помощью пакера на обсадной колонне, отличающаяся тем, что наполнитель выполнен в виде груза, подвешенного на канате, а возвратно-поступательные движения плунжера осуществляются за счет подъема и опускания груза на дно штока.

Установка погружная электрогидроприводная // 2504691

Гидроприводная насосная установка // 2493434

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин. Основной насос 1 выполнен в виде бесштокового гидроцилиндра 8 со сдвоенным поршнем 9, заполненным уплотнителем 10, и содержит упругий элемент 11 для сжатия уплотнителя 10.

Установка погружная электрогидроприводная // 2489601

Гидроприводная насосная установка // 2463480

Изобретение относится к гидроприводным насосным установкам и может использоваться для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин. .

Насосная установка // 2433305

Изобретение относится к скважинным насосным установкам и может использоваться для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин. .

Погружной скважинный диафрагменный насосный агрегат для добычи нефти // 2382903

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в объемных насосных установках преимущественно для добычи нефти из скважин. .

Насосный агрегат // 2380572

Изобретение относится к насосостроению, касается электрогидроприводных насосных агрегатов и может быть использовано в составе оборудования для откачки жидкостей из скважин.

Насосная установка // 2378534

Изобретение относится к насосным установкам и может быть использовано для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин. .

Гидропривод штангового глубинного насоса // 2344319

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти из глубоких скважин. .

Насосная установка // 2515693

Изобретение относится к скважинным насосным установкам и может быть использовано при добыче нефти, воды и других жидкостей из скважины. Установка содержит привод, плунжерный насос с возвратно-поступательным движением плунжера за счет продольной упругой деформации полого штока. Верхний конец штока закреплен на устье скважины, а цилиндр закреплен с помощью пакера на обсадной колонне. Плунжер и привод соединены механической связью, посредством которой создается продольная упругая деформация штока. Изобретение направлено на снижение напряженного состояния штока, повышение напора и обеспечение работоспособности насосных установок при значительном содержании газа в скважинной жидкости. 4 ил.

Сильфонный глубинный насос // 2536437

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкости с больших глубин, например из малодебитных скважин. Сильфонный глубинный насос содержит сборный цилиндрический корпус 1. В нижней части корпуса 1 размещен плунжер 4 с возвратной пружиной 6, поршень 7 со штоком 8. В средней части корпуса 1 размещен разделитель сред, выполненный в виде металлического сильфона 11, один торец которого закреплен в ступенчатом отверстии корпуса 1 насоса, а второй герметично перекрыт круглой пластиной 15, которая жестко соединена со штоком 8 поршня 7. В верхней части корпуса 1 установлен клапанный блок 16 с двумя параллельными каналами 17 и 18 для размещения в них соответственно всасывающего и нагнетательного клапанов 19 и 20. С одной стороны каналы 17 и 18 клапанного блока 16 соединены с полостью сильфона 11, с другой стороны каналы 17 и 18 клапанного блока 16 соединены с всасывающим и нагнетательным патрубками 23 и 24 соответственно. Всасывающий патрубок 23 и корпус 1 насоса снабжены соответственно отверстиями 25 и 31 для входа пластовой жидкости. Выход нагнетательного патрубка 24 соединен с выходом насоса. Технический результат - повышение надежности, ремонтопригодности, удобства монтажа, ресурса работы насоса. 1 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Электрогидрообъёмная глубинная насосная установка для добычи нефти // 2559902

Насосная установка предназначена для подъема нефти с больших глубин малодебитных скважин. Погружная насосная установка представляет собой герметичную капсулу, в которой размещены погружной электродвигатель и соединенный с ним приводной насос. Имеет гидродвигатель, основной шток которого соединен со штоком рабочего насоса, находящегося вне герметичной капсулы и оснащенного всасывающим и напорным клапанами, соответственно, в нижней и верхней крышке корпуса. Распределитель выполнен с механическим управлением от кулачка, установленного на фальшштоке гидродвигателя, равного диаметра с основным штоком, служащего для подачи рабочей жидкости высокого давления в основную штоковую полость гидродвигателя. В поршне рабочего насоса установлен обратный клапан для совмещения процесса и обеспечения равенства скорости всасывания и нагнетания нефти из пласта. Снижение скорости при падении пластового давления происходит автоматически с помощью предохранительно-перепускного клапана, установленного в линии высокого давления фальшштоковой полости гидродвигателя. Давление перепуска устанавливается дросселем равным давлению настройки предохранительного клапана, выполненного с учетом глубины установки насосного агрегата в скважине и величины, необходимой для преодоления возникающего вакуума в штоковой полости рабочего насоса при отсутствии пластового давления на этой глубине. Увеличивается скорость всасывания при изменении пластового давления. 1 ил.

Установка погружная электрогидроприводная // 2579790

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта. Установка погружная электрогидроприводная содержит погружной электродвигатель с протектором, кинематически связанный с приводным насосом. Содержит плунжерный рабочий насос, масляный бак, компенсатор объемного расширения масла, поршневой гидрокомпенсатор и гидродвигатель с поршнями, соединенными с плунжерами рабочего насоса. Подпоршневые полости гидродвигателя подключены к всасывающей и нагнетательной линиям приводного насоса через гидрораспределитель. Надпоршневые полости через дроссельные отверстия гидравлически связаны с подпоршневой полостью гидрокомпенсатора, надпоршневая полость которого гидравлически связана посредством обратных клапанов с выходом плунжерного рабочего насоса. Повышается ресурс установки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Погружной объемный насос // 2600830

Изобретение относится к насосному оборудованию и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта. Насос содержит погружной электродвигатель, приводной маслонасос, поршневой рабочий насос, состоящий из верхнего направляющего полого штока, двух поршней, жестко связанных центральным полым штоком, внутри которого расположен гидравлический канал для связи компенсационной подпоршневой жидкости между собой, с всасывающими и нагнетательными клапанами, жестко связанный через шток с гидродвигателем. Полости последнего подключены через автоматический реверсивный клапан к всасывающей и нагнетательной линиям приводного маслонасоса. На последней установлен предохранительный клапан, состоящий из одного поршня, с расположенными внутри рабочими каналами, жестко связанного с направляющим полым штоком. Надпоршневая полость гидрокомпенсатора связана с выходом рабочего насоса, а подпоршневая - с надпошневой полостью рабочего насоса и через канал в центральном штоке с подпоршневой полостью рабочего насоса. Содержит масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла. Электродвигатель снабжен протектором, через вал которого вал электродвигателя кинематически связан с валом приводного маслонасоса. Использование изобретения позволяет повысить эксплуатационные и технологические характеристики насоса, а также улучшить его надежность и безопасность. 21 з.п. ф-лы, 4 ил.

Погружной объемный насос // 2600832

Изобретение относится к насосному оборудованию и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта. Насос содержит погружной электродвигатель, приводной маслонасос, поршневой рабочий насос, состоящий из верхнего направляющего полого штока, двух поршней, жестко связанных центральным полым штоком. Поршневой рабочий насос выполнен с верхним, нижним и центральным ниппелями с образованием надпоршневых и подпоршневых областей верхнего и нижнего поршней, заполненных пластовой жидкостью и выполненных с нагнетательными и соединительными каналами и соединены полым штоком. Верхний поршень соединен с полым плунжером, а шток гидродвигателя соединен с нижнем поршнем рабочего насоса. Полости поршня гидродвигателя связаны через гидрораспределитель с напорной линией приводного насоса. Центральный ниппель рабочего насоса выполнен с всасывающими каналами, с установленными в них всасывающими клапанами. Подпоршневая область нижнего поршня рабочего насоса и подпоршневая область верхнего поршня рабочего насоса через нагнетательные каналы соединены с полым штоком рабочего насоса и через полый плунжер соединены с выходом погружного объемного насоса. В полом штоке рабочего насоса дополнительно установлен компенсационный цилиндр, связывающий надпоршневую область нижнего поршня рабочего насоса с надпоршневой областью верхнего поршня рабочего насоса через соединительные каналы нижнего и верхнего поршней рабочего насоса. В нагнетательном канале каждого поршня установлен нагнетательный клапан. В центральном ниппеле рабочего поршневого насоса выполнены два всасывающих канала приема пластовой жидкости, в каждом из которых установлен всасывающий клапан. Повышены эксплуатационные и технологические характеристики насоса, а также улучшена его надежность и безопасность. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Погружной объемный насос // 2600840

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта. Насос содержит кинематически связанные друг с другом погружной маслозаполненный электродвигатель, протектор, приводной насос, фильтр тонкой очистки, предохранительный клапан, фильтр, диафрагму, двухпоршневой рабочий насос. Поршневая полость последнего связана с выходом рабочего насоса. Масляный бак содержит фильтры тонкой очистки масла. Рабочий поршневой насос дополнительно содержит центральный ниппель, в котором выполнены каналы приема добываемой жидкости. В указанных каналах центрального ниппеля установлены всасывающие клапаны. В нижнем поршне рабочего насоса выполнен нагнетательный канал, в котором расположен нагнетательный клапан. В верхнем поршне рабочего насоса выполнен нагнетательный канал, в котором установлен нагнетательный клапан. Всасывающие и нагнетательные каналы выполнены с возможностью расположения всасывающих и нагнетательных клапанов так, что поток всасываемой и перекачиваемой жидкости проходит снизу вверх через эти клапаны. Использование заявленного изобретения позволяет повысить надежность оборудования. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Установка электропогружного гидропоршневого насоса // 2605789

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может применяться в нефтедобыче. Установка электропогружного гидропоршневого насоса содержит связанные между собой наземные станцию управления и понижающий трансформатор системы электропитания, силовой кабель и подземное оборудование, подвешенное на НКТ к устью скважины. Последнее состоит из гидропоршневых насоса и двигателя с золотниковым устройством, соединенного с баком для масла или гидравлической жидкости и силового объемного насоса с электродвигателем. К основанию погружного электродвигателя присоединен погружной маслонаполненный понижающий трансформатор двухступенчатой системы электропитания. К штекерному вводу подключены силовой кабель и фазные обмотки на цилиндрическом вытянутом в длину замкнутом магнитопроводе, установленном в цилиндрическом корпусе с основанием и головкой с выводами для соединения с электродвигателем. Установка имеет малую металлоемкость и энергоемкость, компактную и простую конструкцию, удобна в обслуживании, ремонте и эксплуатации. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Погружной объемный насос // 2609561

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта. Насос содержит погружной электродвигатель с протектором, через вал которого вал электродвигателя кинематически связан с валом приводного маслонасоса. Полости поршневого рабочего насоса подключены через гидрораспределитель к всасывающей и нагнетательной линиям приводного маслонасоса. Предохранительный клапан установлен на нагнетательной линии приводного маслонасоса. Содержит гидрокомпенсатор, масляный бак с фильтром тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла. Выход приводного насоса через напорную линию соединен с предохранительным клапаном и фильтром тонкой очистки. Фильтр тонкой очистки соединен с входом в гидрораспределитель, а входы всасывающей и нагнетательной линий гидрораспределителя соединены с гидродвигателем через фильтры тонкой очистки. На входе в приводной насос дополнительно установлен магнитный фильтр. Повышается надежность и безотказность работы приводного устройства насоса. 1ил.

Погружной объемный насос // 2610168

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта. Насос содержит погружной электродвигатель, приводной маслонасос, поршневой рабочий насос с всасывающими и нагнетательными клапанами. Рабочий насос жестко связан через шток с поршневым гидродвигателем. Полости гидродвигателя подключены через автоматический реверсивный клапан к всасывающей и нагнетательной линиям приводного маслонасоса. На последней установлен предохранительный клапан, компенсационный узел, надпоршневая полость которого связана с выходом рабочего насоса, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла. Электродвигатель снабжен протектором, через вал которого вал электродвигателя кинематически связан с валом приводного маслонасоса. Снаружи корпуса рабочего насоса с зазором от корпуса рабочего насоса установлен фильтрующий модуль, диаметрально не превышающий габаритов погружного объемного насоса. Поршни рабочего насоса выполнены в диаметре меньше диаметра поршня гидродвигателя. Корпус рабочего насоса выполнен в диаметре меньше диаметра корпуса компенсационного узла и корпуса гидродвигателя. Изобретение позволит повысить эксплуатационные характеристики и надежность оборудования. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.