RU165390U1 - Установка скважинного гидропоршневого насосного агрегата для добычи нефти - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к установкам добычи нефти при помощи неэлектрического привода гидропоршневых насосных агрегатов (ГПНА), устанавливаемых в скважине для подъема пластовой жидкости с больших глубин и управляемых с поверхности.

Установка скважинного гидропоршневого насосного агрегата для добычи нефти, состоящая из подземной части, включающей гидродвигатель, гидравлические линии, по которым происходит подача рабочей жидкости к гидродвигателю для приведения его в работу, поршневой насос, поршень которого соединен с поршнем гидродвигателя, а также из наземной части, включающей силовой насос для нагнетания рабочей жидкости в гидравлические трубки, распределителя, манометров, расположенных на гидравлических линиях и станцию управления ГПНА, отличается тем, что гидропоршневой насосный агрегат спускается и устанавливается в скважине на НКТ, к которому крепятся гидравлические линии, добываемый пластовый флюид, подается на поверхность поршневым насосом по НКТ, а сам поршневой насос является насосом двойного действия, совершающем всасывание в полость насоса и нагнетание пластовой жидкости в НКТ при каждом цикле движение поршня вверх или вниз. Поршневой насос двойного действия может состоять из надпоршневой (верхней) и подпоршневой (нижней) полости, где могут размещаться по два клапана: один нагнетательный и один всасывающий клапан, и пластовый флюид, вмещенный в надпоршневую полость в предыдущем цикле, из этой полости насоса при ходе поршня насоса вверх напрямую нагнетается через нагнетательный клапан в НКТ, при этом всасывающий клапан в этой полости закрыт, а в подпоршневой полости одновременно с этим происходит всасывание пластовой жидкости через всасывающий клапан при закрытом нагнетательном клапане, а при ходе поршня вниз цикл повторяется, только в верхней полости происходит всасывание пластовой жидкости, а из нижней полости вмещенная в предыдущем цикле жидкость выталкивается в НКТ по отдельному каналу. Распределитель потока рабочей жидкости может быть как электрическим, управляемым сигналом от станции управления, так и другого типа, например, клапанным, золотниковым.

Техническим результатом создания и использования данной полезной модели является расширение области применения поршневых (плунжерных) насосов для добычи нефти, так как в отличие от прототипа в предлагаемой конструкции спуск и установка ГПНА производится на НКТ, что позволяет широко использовать гидропоршневые агрегаты в наклонно-направленных скважинах с высоким уровнем кривизны ствола, использование прототипа в которых практически невозможно, а также отпадает необходимость в изменении конструкции скважины для размещения посадочного седла для посадки агрегата как в прототипе. Также обсадные трубы в меньшей степени подвержены коррозии из-за движения пластовой жидкости на поверхность внутри НКТ. Еще важнейшим техническим результатом создания и использования данной полезной модели является увеличение КПД установки ГПНА за счет применения в устройстве ГПНА насоса двойного действия в отличие от прототипа, конструкция которого исключает такую возможность. Указанные технические результаты достигаются только благодаря предложенной совокупности технических новшеств и изменений в Установке ГПНА.

1 независимый п. формулы, 2 зависимых п. формулы, 2 ил. на 2 л.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к установкам добычи нефти при помощи неэлектрического привода гидропоршневых насосных агрегатов (ГПНА), устанавливаемых в скважине для подъема пластовой жидкости с больших глубин и управляемых с поверхности.

Из существующего уровня техники известно устройство как скважинная штанговая насосная установка (СШНУ), состоящая из плунжерного или другими словами поршневого насоса, спускаемого в скважину на НКТ, поршень которого приводится в движение колонной насосных штанг, совершающих внутри НКТ возвратно-поступательные движения вверх и вниз, приводимых в движение кривошипно-шатунным механизмом (Станок-качалка), расположенным на поверхности у устья скважины [Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов B.C., Пекин С.С.«Скважинные насосные установки для добычи нефти». Учебное издание. Изд. « Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина 26.11.2001., с. 417-423; а также патенты SU 1341383, SU 1041749]. Плунжерные насосы в составе СШНУ используются в основном при добыче из малодебитных скважин с дебитом <50-80 м3, так как они обладают рядом преимуществ по сравнению с другими способами добычи нефти, например, более высокий КПД (коэффициент полезного действия) плунжерных насосов при работе в этом диапазоне подач [Ивановский В.Н. Вопросы эксплуатации малодебитных скважин механизированным способом // Инженерная практика, №7, 2010 г.]. Данному устройству присущ ряд серьезных недостатков: истирание и обрыв насосных штанг и насосно-компрессорных труб, в которых располагаются штанги. Огромные размеры самого Станка-качалки с двигателем для привода насосных штанг, большие затраты электроэнергии, общая высокая металлоемкость конструкции и, как следствие, высокие расходы на покупку оборудования, высокие эксплуатационные расходы, а также низкая мобильность данного комплекта оборудования [Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов B.C., Пекин С.С.«Скважинные насосные установки для добычи нефти». Учебное издание. Изд. «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина 26.11.2001, с. 423, 562].

Известна также конструкция скважинного гидропоршневого насосного агрегата, спускаемого в скважину на колонне НКТ, в котором насосный агрегат, который состоит из гидродвигателя и поршневого насоса, поршни которых жестко связаны, приводится в движении при помощи рабочей жидкости, закачиваемой в скважину силовым насосным агрегатом с поверхности [патент SU 1463962 A1, F04B 47/04, опубл. в Бюл. №9 от 07.03.89]. Рабочая жидкость подается к гидровигателю через полость, образованную наружной поверхностью НКТ и внутренней поверхностью обсадных труб. Рабочая жидкость через золотниковое устройство, расположенное в гидродвигателе, попеременно нагнетается в надпоршневую и подпоршневую полость гидровигателя, приводя в движение вверх-вниз его поршень, который при помощи жесткой тяги передает это движение ниже установленному поршневому насосу, производящего всасывание и нагнетание пластовой жидкости по принципу «двойного действия» (при ходе поршней вниз/вверх происходит одновременное всасывание в цилиндры насоса и нагнетание пластовой жидкости в колонну труб НКТ). Главным недостатком данного ГПНА является то, что отработанная в гидродвигателе рабочая жидкость смешивается с откачиваемой из скважины пластовой жидкостью. Это ведет к увеличению затрат на разделение этих сред, большому расходу электроэнергии при прокачке рабочей жидкости по открытому циклу, потери части рабочей жидкости, необходимости дополнительной ее очистки, что вызывает необходимость установки дополнительного оборудования [Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов B.C., Пекин С.С. «Скважинные насосные установки для добычи нефти». Учебное издание. Изд. « Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина 26.11.2001, с. 735, 738]. Также большим недостатком является то, что распределительное устройство с золотником, имеющее множество маленьких проточек и каналов для движения рабочей жидкости, располагается в скважинном агрегате, поэтому наличие механических частиц в подаваемой с поверхности рабочей жидкости (а они несомненно будут, так как жидкость прокачивается вдоль металлических поверхностей НКТ и обсадных труб, подверженных коррозии) приводит к засорению распределителя с золотником и, как следствие, выходу из строя гидравлического двигателя, преждевременному подъему всего насосного агрегата на поверхность, т.е. снижается надежность установки ГПНА и МРП (межремонтный период) и, как следствие, возрастают расходы на СПО (спуско-подъемные операции) и ремонт.

Наиболее близким по своей технической сущности устройством -прототипом является установка гидроприводного насосного агрегата [RU 2344320 С1, МПК F04B 49/02 (2006.01) F04B 47/04 (2006.01), опубл. 20.01.2009], включающая высоконапорный насос с флюидной емкостью, распределитель для каждой скважины с золотником и объемной крышкой, флюидные линии, гидроприводный насосный агрегат, поршневой гидродвигатель и поршневой насос, поршни которых связаны общим штоком, и подвесной механизм, при этом каждая из двух линий подвода флюида к гидроприводному насосу имеет обратный отвод к распределителю, датчику давления, манометру и линии слива. Подвесной механизм состоит лебедки, установленной на устье скважины и с помощью которой производится спуск агрегата в скважину, а также каната, на котором установка спускается в скважину. ГПНА устанавливается в скважине в посадочном гнезде обсадной трубы с сальниковым уплотнением, таким образом происходит разобщение пласта на две полости.

Недостатками конструкции данной установки гидроприводного насосного агрегата являются:

- спуск и установка агрегата производится на канате, что практически полностью исключает возможность использования агрегата в глубоких наклонно-направленных скважинах, так как агрегат будет застревать в местах высокой кривизны ствола скважины.

- флюидные линии, по которым подается рабочая жидкость для привода гидродвигателя, не могут быть надежно прикреплены к канату, что приводит к вибрации, истиранию и, как следствие, их обрыву из-за пульсационного характера движения рабочей жидкости при нагнетании и сливе,

- добываемый пластовый флюид подается на поверхность в колонне обсадных труб, что на практике приводит к преждевременному износу обсадных труб из-за коррозии и в итоге к появлению негерметичности, также снижаются напорные характеристики насоса из-за движения жидкости в обсадных трубах, диаметр которых значительно больше диаметра НКТ.

- для установки агрегата в скважине дополнительно требуется установка посадочного седла в обсадных трубах, что сопряжено с дополнительными затратами, -данный гидроприводной насосный агрегат нагнетает жидкость в колонну обсадных труб и выдает на поверхность только при движении поршня насоса вверх, т.е. насос является насосом одинарного действия со сниженным КПД.

Задачи, на решение которых направлена предлагаемая полезная модель, заключаются в упрощении и улучшении конструкции установки скважинного гидропоршневого насосного агрегата, увеличении КПД установки и надежности, как следствие снижение себестоимости добычи нефти, также в расширении области применения гидропоршневых насосов, а также увеличении срока службы обсадных труб.

Данные задачи решаются за счет того, что в предлагаемой полезной модели, установка скважинного гидропоршневого насосного агрегата для добычи нефти, состоящая из подземной части, включающей гидродвигатель, гидравлические линии, по которым происходит подача рабочей жидкости к гидродвигателю для приведения его в работу, поршневой насос, поршень которого соединен с поршнем гидродвигателя, а также из наземной части, включающей силовой насос для нагнетания рабочей жидкости в гидравлические трубки, распределителя, манометров, расположенных на гидравлических линиях и станцию управления ГПНА, отличается тем, что гидропоршневой насосный агрегат спускается и устанавливается в скважине на НКТ, к которому крепятся гидравлические линии, добываемый пластовый флюид, подается на поверхность поршневым насосом по НКТ, а сам поршневой насос является насосом двойного действия, совершающем всасывание в полость насоса и нагнетание пластовой жидкости в НКТ при каждом цикле движение поршня вверх или вниз. Поршневой насос двойного действия может состоять из надпоршневой (верхней) и подпоршневой (нижней) полости, где могут размещаться по два клапана: один нагнетательный и один всасывающий клапан, и пластовый флюид, вмещенный в надпоршневую полость в предыдущем цикле, из этой полости насоса при ходе поршня насоса вверх напрямую нагнетается через нагнетательный клапан в НКТ, при этом всасывающий клапан в этой полости закрыт, а в подпоршневой полости одновременно с этим происходит всасывание пластовой жидкости через всасывающий клапан при закрытом нагнетательном клапане, а при ходе поршня вниз цикл повторяется, только в верхней полости происходит всасывание пластовой жидкости, а из нижней полости вмещенная в предыдущем цикле жидкость выталкивается в НКТ по отдельному каналу. Распределитель потока рабочей жидкости может быть как электрическим, управляемым сигналом от станции управления, так и другого типа, например, клапанным, золотниковым.

Новым в предложенной конструкции установки скважинного гидропоршневого насосного агрегата является то, что в отличие от прототипа, агрегат спускается и устанавливается в скважине на насосно-компрессорных трубах, таким образом, пластовая жидкость поднимается на поверхность по НКТ, которые значительно меньше диаметром обсадных труб, а гидравлические линии, по которым подается рабочая жидкость в гидродвигатель для его привода, крепятся клямсами к НКТ (по типу крепления электрокабеля ПЭДа (погружного электродвигателя) ЭЦН (электроцентробежного насоса)). Также новым является то, что отсутствие в конструкции установки ГПНА посадочного седла, разделяющего обсадную колонну на две полости, позволяет применять насос двойного действия, в котором всасывание пластовой жидкости в цилиндр насоса и ее нагнетание в колонну НКТ происходит при каждом цикле движения поршня насоса вверх/вниз, увеличивая, таким образом, КПД всей установки, и не требует дополнительных затрат на изменение конструкции обсадных колонн. Рабочая жидкость подается к гидродвигателю скважинного гидропоршневого насосного агрегата с поверхности силовым насосом, через две гидравлические (импульсные) металлические трубки маленького диаметра (внутр. диам. 4-20 мм, в зависимости от типоразмера и производительности насоса, хим.состава среды и др.), которые крепятся снаружи НКТ при помощи хомутов и протекторов.

Установка скважинного гидропоршневого насосного агрегата (ГПНА) состоит из подземной части, включающей:

- гидродвигатель, состоящий из цилиндра, разделенного поршнем на две полости: надпоршневую и подпоршневую, поршень которого жестко связан с поршнем поршневого насоса.

- поршневой насос, состоящий из цилиндра, разделенного поршнем на две полости: надпоршневую и подпоршневую, поршень которого жестко связан с поршнем гидродвигателя.

- металлические гидравлические трубки (может быть и другой материал), через которые происходит подача рабочей жидкости силовым насосом, расположенным на поверхности у устья, к гидродвигателю ГПНА для его привода, а также установленные на них манометры. В качестве рабочей жидкости можно использовать гидравлическое масло со смазывающей составляющей.

- насосно-компрессорных трубы (НКТ), на которых спускается и устанавливается в скважине гидродвигатель и поршневой насос,

и наземной части, включающей:

- распределительное устройство, находящееся на поверхности, которое может быть как электронным, так и другого типа, позволяющее попеременно нагнетать рабочую жидкость силовым насосом в надпоршневую или подпоршневую полость гидродвигателя для приведения его в движение вверх/вниз,

- силовой насос, служащий для поочередного нагнетания рабочей жидкости то в одну, то в другую гидравлическую трубку.

- автоматизированная станция управления для управления работой Установки ГПНА через предустановленные алгоритмы и расчеты, регулирующей работу силового насоса и распределителя.

На фиг. 1. изображена общая схема установки скважинного ГПНА (показан ход поршня вверх).

На фиг. 2 изображена схема ГПНА (ход поршневой пары вверх).

Установка гидропоршневого насосного агрегата (УГПНА) (см. Фиг. 1), состоит из наземной части, включающей автоматизированную станцию управления (СУ)1.2, силовой насос 1 распределитель 2, датчики давления 23, 24, и подземной части, включающей НКТ 5, гидравлические трубки 3, 4, которые крепятся к НКТ 5 хомутами 6, гидропоршневой насосный агрегат 7, который состоит из цилиндра насоса 10, разделенного поршнем 11 на подпоршневую полость 9 и надпоршневую 8 (см. Фиг. 1, 2). Поршень насоса 11 жестко связан штоком 12, проходящим через муфту 28 с сальниковым уплотнением 13, с поршнем 15 гидродвигателя 17, также разделенного поршнем на верхнюю полость 14 и нижнюю 16. В надпоршневой полости 10 насоса размещаются нагнетательный клапан 18 и всасывающий клапан 19. В подпоршневой полости 9 насоса также размещаются нагнетательный клапан 20 и всасывающий клапан 21. Пластовый флюид из надпоршневой полости 8 насоса при ходе поршня 11 вверх напрямую нагнетается через клапан 18 в НКТ 5, а из подпоршневой полости 9 при ходе поршня 11 вниз нагнетается в колонну НКТ по каналу 22, расположенного снаружи насоса, через клапан 20.

Также Установка ГПНА может включать в себя подземный блок телеметрии ТМС (На Фиг. не показан), который также спускается совместно ГПНА на НКТ и используется для измерения, напр., давления, температуры, и связанный с СУ 1.2. через силовой кабель, который также крепится к НКТ.

Этап установки и СПО (спуско-подъемных операций): Гидропоршневой насосный агрегат спускается и устанавливается в скважине на НКТ 5, установка посадочного седла не требуется. Гидравлические линии 3 и 4, по которым в гидродвигатель 17 подается рабочая жидкость, крепятся к НКТ 5 при помощи хомутов 6 (см. Фиг. 1). Во время спуско-подъемных операций (СПО) гидравлические трубки разматываются/наматываются с барабанов большого диаметра по примеру барабанов ГНКТ (гибких насосно-компрессорных труб), установленных на устье скважины (на Фиг. не показано).

Предлагаемая конструкция установки гидропоршневого насосного агрегата работает следующим образом: рабочая жидкость из накопительного бака 1.1 нагнетается с необходимым давлением силовым насосом 1 через распределитель 2 в гидравлическую трубку 4, которая совместно с трубкой 3 проходит в полость скважины через муфту 27 фланца колонной головки фонтанной арматуры 26 и далее к гидродвигателю 17 (см. Фиг. 1). Далее рабочая жидкость по гидравлической трубке 4 нагнетается в подпоршневую полость 16 гидравлического двигателя 17, что вызывает движение поршневой пары 11-15 вверх. В этот момент пластовая жидкость из надпоршневой полости 8 насоса 10 вытесняется в НКТ 5 через клапан 18, клапан 19 при этом закрыт, и одновременно с этим в подпоршневой полости 9 из-за созданного разряжения происходит всасывание пластовой жидкости через клапан 21, клапан 20 при этом закрыт. Отработанная в предыдущем цикле рабочая жидкость из надпоршневой полости 14 гидродвигателя 17 выталкивается в трубку 3 и через распределитель 2 сливается в бак 1.1. При достижении поршня 15 муфты 28 в полости 16 повышается давление, что регистрируется датчиком давления 24, сигнал от которого посылается на СУ 1.2, а от СУ к распределителю 2, который автоматически переключает направление потока рабочей жидкости в трубку 3, а отработанная в этом цикле рабочая жидкость из полости 16 и трубки 4 через распределитель 2 сливается в бак 1.1.

После перенаправления потока рабочей жидкости в трубку 3, она начинает поступать в надпоршневую полость 14 гидродвигателя 17, давление в ней становится больше давления в полости 16 и поршневая группа 11-15 начинает движение вниз (на фиг. не показано). В этот момент из-за созданного разряжения в полости 8 клапан 18 закрывается, а клапан 19 открывается и происходит всасывание пластовой жидкости в надпоршневую полость насоса. В полости 9 из-за повышения давления, клапан 21 закрыт, а клапан 20 открывается и происходит нагнетание пластовой жидкости (вмещенной в эту полость в предыдущем цикле при ходе поршня вверх), через канал 22 в НКТ 5. Далее когда поршень 15 упирается в нижнюю часть полости гидро двигателя давление в полости 14 повышается, что регистрируется датчиком давления 23, и распределитель 2 переключает направление потока и далее циклы повторяются, и пластовая жидкость поднимается по НКТ на поверхность в Фонтанную арматуру 26 и далее на установку по подготовке нефти (УПН) (не показана на Фиг.).

- Автоматизированная станция управления (СУ) 1.2 осуществляет управление работой установки ГПНА через регулирование работы силового насоса 1 и распределителя 2 через предустановленные алгоритмы и расчеты.

Техническим результатом создания и использования данной полезной модели является расширение области применения поршневых (плунжерных) насосов для добычи нефти, так как в отличие от прототипа в предлагаемой конструкции спуск и установка ГПНА производится на НКТ, что позволяет широко использовать гидропоршневые агрегаты в наклонно-направленных скважинах с высоким уровнем кривизны ствола, использование прототипа в которых практически невозможно, а также отпадает необходимость в изменении конструкции скважины для размещения посадочного седла для посадки агрегата как в прототипе. Также обсадные трубы в меньшей степени подвержены коррозии из-за движения пластовой жидкости на поверхность внутри НКТ. Еще важнейшим техническим результатом создания и использования данной полезной модели является увеличение КПД установки ГПНА за счет применения в устройстве ГПНА насоса двойного действия в отличие от прототипа, конструкция которого исключает такую возможность.

Указанные технические результаты достигаются только благодаря предложенной совокупности технических новшеств и изменений в Установке ГПНА.

Claims (3)

1. Установка скважинного гидропоршневого насосного агрегата для добычи нефти, состоящая из подземной части, включающей гидродвигатель, гидравлические линии, по которым происходит подача рабочей жидкости к гидродвигателю для приведения его в работу, поршневой насос, поршень которого соединен с поршнем гидродвигателя, а также из наземной части, включающей силовой насос для нагнетания рабочей жидкости в гидравлические трубки, распределитель, манометры, расположенные на гидравлических линиях, и станцию управления ГПНА, отличающаяся тем, что гидропоршневой насосный агрегат спускается и устанавливается в скважине на НКТ, к которому крепятся гидравлические линии, добываемый пластовый флюид подается на поверхность поршневым насосом по НКТ, а сам поршневой насос является насосом двойного действия, совершающим всасывание в полость насоса и нагнетание пластовой жидкости в НКТ при каждом цикле движения поршня вверх или вниз.

2. Установка скважинного гидропоршневого насосного агрегата для добычи нефти по п.1, отличающаяся тем, что поршневой насос двойного действия состоит из надпоршневой верхней и подпоршневой нижней полостей, где размещены по два клапана: один нагнетательный и один всасывающий клапан, и пластовый флюид, вмещенный в надпоршневую полость в предыдущем цикле, из этой полости насоса при ходе поршня насоса вверх напрямую нагнетается через нагнетательный клапан в НКТ, при этом всасывающий клапан в этой полости закрыт, а в подпоршневой полости, одновременно с этим, происходит всасывание пластовой жидкости через всасывающий клапан при закрытом нагнетательном клапане, а при ходе поршня вниз цикл повторяется, только в верхней полости происходит всасывание пластовой жидкости, а из нижней полости вмещенная в предыдущем цикле жидкость выталкивается в НКТ по отдельному каналу.

3. Установка скважинного гидропоршневого насосного агрегата для добычи нефти по п.1, отличающаяся тем, что распределитель потока рабочей жидкости может быть как электрическим, управляемым сигналом от станции управления, так и другого типа, например, клапанным или золотниковым.

Images