пустотелая штанга и секционный насос штанговой глубинной насосной установки

предлагаемые изобретения относятся к нефтегазовой промышленности, а более конкретно - к конструктивным элементам штанговой глубинной насосной установки (шгну), которая может быть использована, в частности, для добычи нефти. большая часть фонда скважин с механизированной добычей, как в

украине, так и во всем мире, эксплуатируются с помощью шгну, но на протяжении последних лет наблюдается непрерывное увеличение глубин как самих скважин, так и глубины погружения насосов шгну. шгну и электроцентробежные насосные установки (эцну) относительно эффективно работают на глубинах до 2000-2200 метров. но с увеличением глубины погружения штангового насоса растет и вес штанг, а диаметр плунжера уменьшается. уже на глубинах 2000-2200 метров вес штанг достигает 80%, а полезная нагрузка составляет лишь около 20%. кроме того, значительно уменьшается ход плунжера относительно хода полированного штока, что существенно уменьшает дебит и коэффициент полезного действия шгну. для увеличения глубины погружения насоса уменьшают вес штанг путем применения высокопрочных сталей, из которых изготавливают штанги, но этот резерв уже практически исчерпан. кроме того, одним из важнейших узлов шгну является глубинный штанговый насос с длиной хода плунжера насоса 15 и более метров, изготовление которого связано с необходимостью секционирования - соединения отдельных секций непосредственно на скважине. эта работа, учитывая большую длину движения плунжера насоса и глубину скважины, требует обеспечения высокой точности центрирования смежных секций. оба предлагаемых изобретения направлены на создание такой конструкции секционной штанговой глубинной насосной установки, которая позволила

бы увеличить производительность и глубину добычи откачки и снизить ее себестоимость.

наиболее близкой к предлагаемой пустотелой штанге по количеству существенных признаков является пустотелая штанга штанговой глубинной насосной установки, содержащая цилиндрический корпус и головки, установленные на концах цилиндрического корпуса /муравьев в. M. эксплуатация нефтяных и газовых скважин. - M.: недра — 1973. — с. 210 — 230/. упомянутая штанга выполнена в виде цилиндрической трубы, а головки предназначены для соединения между собой соседних штанг и образования штанговой колонны из трубчатых штанг в скважине. описанную штангу используют для защиты плунжера насоса от песка.

недостатком описанной колонны штанг шгну является ее большой вес в жидкости, что существенно уменьшает дебит и коэффициент полезного действия шгну. наиболее близким к предлагаемому штанговому насосу по количеству существенных признаков является секционный скважинный длинноходовой штанговый насос, содержащий цилиндр, выполненный в виде последовательно соединенных секций, и имеющий установленный в цилиндре полый плунжер с нагнетающим клапаном, а также всасывающий клапан /а.с. ссср N° 1193292, мпк 4 F04B 47/00, опубл. 23.11.1985 г. бюл. Ne 43/. секции описанного цилиндра расположены в кожухах.

секции цилиндра монтируют непосредственно на скважине, при этом возможны определенные нарушения центрирования секций, которые компенсируются коническими формами полого плунжера и концевых участков секций. при этом во время движения плунжера упомянутые конические поверхности взаимодействуют между собой и центрируют смежные секции, но в процессе движения плунжера через места соединения секций, и он, и секции подвергаются повышенному износу. кроме того, наличие кожуха и дополнительных элементов существенно усложняет конструкцию штангового насоса, что уменьшает его надежность и увеличивает цену.

в основу предлагаемых изобретений поставлена задача создания такой пустотелой штанги и секционного скважинного длинноходового штангового насоса, которые были бы более надежными за счет создания условий для уменьшения нагрузки на привод и штанги. поставленная задача решается применением в конструкции шгну предлагаемой штанги, которая позволяет создать условия для уменьшения силы веса штанги путем использования действия выталкивающей силы жидкости, которой наполнена скважина, на штангу.

предлагаемая, как и известная пустотелая штанга штанговой глубинной насосной установки, содержит трубчатый корпус и головки, установленные на концах трубчатого корпуса, а, в соответствии с предложением, каждая головка выполнена сплошной и герметически закреплена на соответствующем конце трубчатого корпуса.

поставленная задача решается и предлагаемым секционным скважинным длинноходовым штанговьм насосом за счет упрощения конструкции и уменьшения износа плунжера и участков соединения смежных секций.

предлагаемый, как и известный секционный скважинный длинноходовой штанговый насос, содержит цилиндр, выполненный в виде последовательно соединенных секций, и имеет установленный в цилиндре полый плунжер с нагнетающим клапаном, а также всасывающий клапан, а, в соответствии с предложением, смежные секции соединены между собой с помощью болтового фланцевого соединения, содержащего, по меньшей мере, два штифта-центратора, расположенных в сквозных соосньrх отверстиях, выполненных по окружности смежных фланцев, а каждый штифт-центратор изготовлен в виде стержня, имеющего центральный конический и крайние резьбовые участки.

особенностью предлагаемого секционного скважинного длинноходового штангового насоса является и то, что оси сквозных соосных отверстий в смежных фланцах, в которых установлены штифты-центраторы, являются асимметричными относительно оси соединения смежных секций.

фланец - это соединительная часть цилиндрических секций (труб), имеющая форму плоского кольца или диска с равномерно расположенными по окружности отверстиями для болтов, предназначенных для соединения фланцев смежных секций (труб) между собой по внешним плоскостям соответствующих фланцев. при этом головку каждого болта располагают снаружи одного фланца, а свободный конец болта закручивают в соответствующее резьбовое отверстие во втором фланце.

сущность изобретений поясняется схематическими чертежами, где

на фиг. 1 - показан общий вид секционного насоса штанговой глубинной насосной установки;

на фиг. 2 показана пустотелая штанга.

на фиг. 3 показано продольное сечение участка соединения смежных секций.

на фиг. 4 показан вид сверху на участок соединения смежных секций.

на фиг. 5 показан штифт-центратор.

штанговая глубинная насосная установка содержит колонну пустотелых штанг. каждая пустотелая штанга штанговой глубинной насосной установки содержит трубчатый корпус 1 и головки 2, установленные на концах трубчатого корпуса 1. каждая головка 2 выполнена сплошной и герметически закреплена на конце трубчатого корпуса 1. головка 2, кроме функции соединения смежных штанг, выполняет и функцию заглушки трубчатого корпуса 1. на головке 2 имеется участок 3, который используют для монтажа или демонтажа колонны из пустотелых штанг - квадрат под ключ, а также участок стандартной резьбы

4 - для соединительных муфт /не показан/. головка 2 имеет переходную коническую часть 5. стык 6 головки 2 с цилиндрическим корпусом 1 для дополнительной герметизации полости штанги заварен. головка 2 и цилиндрический корпус 1 соединены между собой с помощью резьбового соединения 7. секционный скважинный длинноходовой штанговый насос содержит цилиндр, верхний конец которого прикреплен к насосно-

компрессорным трубам /не показано/. цилиндр выполнен в виде последовательно соединенных секций 8 и имеет установленный в цилиндре полый плунжер, содержащий два последовательно соединенных плунжера 9 и 10 с соответствующими нагнетающими клапанами 11 и 12. использование в конструкции насоса сдвоенного плунжера 9 и 10 дает возможность существенно увеличить глубину спуска и надежность работы скважинного штангового насоса. каждая секция 8 расточена и прошлифована под диаметр сдвоенного плунжера 9 и 10. на концах каждой секции 8 жестко закреплены (накручены на горячую посадку) в заводских условиях фланцы 13 и 14. смежные секции 8 соединены соответствующими фланцами 13 и 14 между собой. во фланцах 13 и 14 выполнены сквозные отверстия для болтов с внутренним шестигранным глухим отверстием в головке /не показаны/ для уменьшения габаритов фланцев. при этом во фланце 13 выполнено отверстие под головку болта, а соответствующее отверстие во фланце 14 снабжено резьбой для резьбовой части болта. кроме того, во фланцах 13 и 14 выполнено по два сквозных отверстия 15, в каждом из которых установлен штифт-центратор, одновременно проходящий через соосно расположенные конические отверстия 15 во фланцах 13 и 14. каждый штифт-центратор изготовлен в виде стержня, имеющего центральный конический 16 и крайние 17 и 18 резьбовые участки. участок 17 предназначен для выпрессовывания штифта-центратора во время демонтажа насоса, а участок 18 предназначен для фиксации положения фланцев во время сборки насоса на скважине. конусность отверстий 15 и центральных участков 16 штифта-центратора является одинаковой. вертикальные оси двух сквозных отверстий 15, в которых установлены штифты-центраторы, являются асимметричными относительно оси соединенных секций 8, что обеспечивает создание оптимального центрирования смежных секций 8 во время монтажа цилиндра на скважине за счет возможности смещения фланцев 13 и 14 до совмещения осей смежных секций 8. между фланцами 13 и 14 расположены уплотнения, каждое из которых выполнено в виде бензо-маслостойкого кольца 19. сдвоенный плунжер 9 и 10 насоса связан с

приводом /не показан/ через колонну штанг 22. в нижней секции 8 цилиндра расположен узел всасывающего клапана, выполненный в виде двух последовательно установленных клапанов 20 и 21.

предварительно в заводских условиях попарно монтируют секции 8 цилиндра, проходят и шлифуют их под размер плунжера 9 и 10 в обоих направлениях через участок соединения секций 8. затем после монтажа цилиндра из секций 8 в зафиксированном положении в заводских условиях одновременно во фланцах 13 и 14 выполняют конические отверстия 15 для штифтов-центраторов и размещают в них штифты-центраторы. в зафиксированном положении секции 8, отверстия 15 и соответствующие штифты-центраторы маркируют. затем соединенные и маркированные секции 8, образующие цилиндр, разбирают и транспортируют к скважине, где выполняют монтаж с учетом маркировки.

поскольку скважина заполнена жидкостью, а каждая штанга содержит трубчатый корпус 1 с загерметизированной головками 2 полостью, заполненной воздухом, на трубчатый корпус 1 действуют сила ее веса, направленная вниз, и выталкивающая архимедова сила, направленная вверх, а потому сила веса предлагаемой штанги в жидкости существенно уменьшается, что способствует увеличению глубины погружения штангового насоса или его диаметра без увеличения нагрузки на привод шгну. колонна из предлагаемых штанг-поплавков в жидкости уменьшает вес, но не массу - инерционное ускорение проявляет себя более интенсивно, чем в сплошных и трубчатых штангах, что увеличивает ход плунжера /не показано/ по сравнению с ходом полированного штока, а не уменьшения, как это обычно бывает на сплошных и трубчатых штанговых колоннах. сохраняя достаточно большую плавучесть, колонна из пустотелых штанг- поплавков позволяет значительно увеличить диаметр насоса или глубину погружения насоса без повышения нагрузки на привод шгну. имея значительно больший, чем у традиционных штанг диаметр, предлагаемая конструкция позволяет увеличить скорость движения жидкости над насосом, чем уменьшается вероятность возможного заклинивания плунжера

9 и 10 песком. в процессе работы шгну при движении сдвоенного плунжера 9 и 10 вверх из крайнего нижнего положения в направлении крайнего верхнего положения нагнетающие клапаны 11 и 12 закрыты, что обеспечивает нагнетание жидкости с надплунжерного участка /не показан/ цилиндра в полость секций 8, а открытые всасывающие клапаны 20, 21 обеспечивают заполнение подплунжерного участка пластовой продукцией. во время следующего движения сдвоенного плунжера 9 и 10 вниз из крайнего верхнего к крайнему нижнему положению всасывающие клапаны 20, 21 закрыты, а нагнетающие клапаны 11 и 12 открыты, что обеспечивает вытеснение жидкости с подплунжерного участка цилиндра к надплунжерному. благодаря жесткости соединения смежных секций 8 цилиндра, их фиксации и точного центрирования штифтами-центраторами, обеспечивается плавное без заедания движение сдвоенного плунжера 9 и 10 по всей длине цилиндра. таким образом, предлагаемые изобретения позволяют повысить надежность конструкции, выполнить монтаж шгну с ходом плунжера 15- 25 метров и высотой подъема жидкости около 4000 метров при грузоподъемности 5-7 тонн и производительности до 40-60 м ³ в сутки.