Свердловинна насосна установка видобутку нафти

F04B43/00 F04B47/12 F04B47/06 Свердловинна насосна установка видобутку нафти Винахід відноситься до техніки видобутку нафти, зокрема до свердловинних насосних установок для підйому високов'язкої нафти з свердловини на поверхню. Відома установка для видобутку нафти, що складається з глибинного штангового насоса, приводу насоса, виконаного у вигляді камери з поршнем, який жорстко пов'язаний з полірованим штоком, призначеним для з'єднання колони штанг з поршнем (А.С. СССР N 868119, Мкл, F04B 47/12 1981 м.). Для того, щоб привести установку в рух, камеру з'єднують з джерелом стислого повітря. Газ, який знаходиться під тиском, що перевищує тиск рідини, що знаходиться в порожнині камери, заповнює камеру і витісняє з неї рідину, внаслідок чого поршень-поплавець підіймається вгору і тягне колону штанг, плунжер насоса і рідину, що викачується. Після скинення газу з камери в атмосферу, вона знов заповнюється водою і поплавець опускається вниз Передача енергії від приводу до насоса здійснюється за допомогою колони штанг, що знижує технологічні можливості установки, обмежуючи глибину спуску насоса міцністними характеристиками штанг. Крім того, в процесі експлуатації неминуча деформація колонних штанг, що приводить до втрати ходу плунжера насоса, знижуючи його продуктивність Відомий свердловинний поршневий електронасос, що містить електродвигун, пов'язаний з ним поршневий насос, який забезпечений механізмом для перетворення обертального руху вала електродвигуна в зворотно-поступальний рух поршня насоса (А.С. СССР Хе 1147848, F04B 47/06, 1985 р.). У період нагнітання рідини в трубопровід, рухлива система штовхає поршень насоса, а в період всмоктування тягне його за собою. Цей поршневий електронасос має складну конструкцію через наявність великого числа проміжних елементів, що знижують його надійність, і не дозволяє добитися високої продуктивності, внаслідок обмеженої частоти робочого ходу поршня. Відомий також діафрагменний насос для перекачки текучих середовищ. Насос містить корпус, в якому встановлена діафрагма з утворенням насосної і вибухової камер. У насосній камері встановлені всмоктуючий і нагнітальний клапани. Вибухова камера забезпечена трубопроводами подачі палива і окислювача, форсунками і джерелом запалювання Вибухова камера містить також рухливу підпружинену кришку і елементи демпфування коливань. При подачі у вибухову камеру горючої суміші, за допомогою джерела запалювання, в ній відбувається вибух, що супроводиться підвищенням тиску продуктів згоряння. Кришка при цьому підіймається, стискаючи пружину, що приводить до збільшення об'єму вибухової камери і зменшення насосної за рахунок стиснення діафрагми. Через нагнітальний клапан перекачуване середовище, витісняється до споживача. Після згоряння горючої суміші тиск у вибуховій камері падає, кришка і діафрагма повертаються в початкове положення, внаслідок чого об'єм насосної камери збільшується і в неї через всмоктуючий клапан всмоктується нова порція середовища, що перекачується (А.С. СССР № 1439281, F 04В 43/00, 1988 p.). Діафрагмовий насос призначений для перекачки текучих середовищ на денній поверхні. Він не може бути використаний для підйому рідини з свердловин і, зокрема, для підйому високов'язкої нафти з великих глибин Скид відпрацьованих газів через клапан повинен спрямовуватися в стовбур свердловини, продовжуючи тиск на прийомі насоса, що веде до зниження коефіцієнта корисної дії насоса і, відповідно, зменшення продуктивності. При розташуванні всмоктуючого і нагнітального клапанів на перегородках, розміщених по торцях діафрагми, через всмоктуючий клапан поступає холодна нафта з високою в'язкістю, що спричиняє великі гідравлічні опори в клапані і, відповідно, зниження продуктивності насоса. Значні розміри вибухової камери і діафрагмової місткості, розміщені зовні трубчастої діафрагми, не дозволяють реалізувати конструкцію насоса в габаритах стовбура свердловини. До насосів, що подають високов'язку нафту з великих глибин, яка відноситься до важко видобувних запасів, пред'являються особливі вимоги. Вони повинні мати поліпшені енергетичні і гідравлічні характеристики, що забезпечують високу продуктивність насоса, незалежно від глибини його спуску в свердловину і вигляду енергії, що приводить його привід в дію. Крім цього, такий насос повинен бути простим у виготовленні та обслуговуванні, надійним і з низькою вартістю. В основу винаходу поставлена задача створити такі варіанти виконання свердловинної насосної установки для видобутку високов'язкої нафти, що вибираються в залежності від глибини залягання нафти і величини пластового тиску, які при простоті конструктивного виконання, містять надійні елементи, здатні витримувати великі перепади тиску, приводяться в дію економічно доступною дешевою енергією, що забезпечує максимальну продуктивність насоса і, при цьому, були простими при монтажі і зручними в експлуатації. Задача вирішується таким чином. Свердловинна насосна установка, виконана по першому варіанту. У відомому діафрагмовому насосі, що включає корпус, всмоктуючий і нагнітальний клапани, насосну камеру і камеру згоряння, встановлений нерухомий розділовий циліндр по центру корпусу, який запобігає надходженню паливного газу у внутрішню порожнину циліндра. Порожнина корпусу є по черзі насосною і камерою згоряння, в залежності від тиску, який встановлюється в камері До камери підведений трубопровід подачі паливної суміші, а клапани розташовані в направляючих, встановлених на вході і виході установки. Особливість установки, що патентується, полягає в об'єднанні функцій насосної і камери згоряння, які виконує внутрішня порожнина корпусу, що значно спрощує конструкцію пристрою Другою відмітною особливістю є установка по центру корпусу циліндра, що запобігає надходженню газу у внутрішню порожнину циліндра. Тим самим забезпечується повне витіснення газами рідини, що перекачується з насоса. Розташування клапанів в направляючих, встановлених на вході і виході установки, зумовлено технологічними міркуваннями, виходячи з конструктивних особливостей пристрою. У свердловинній насосній установці, виконаній по другому варіанту, задача вирішується таким чином. У відомому поршневому насосі, який містить поршень, встановлений в корпусі, з утворенням поршневої і підпоршневої порожнин, всмоктуючий і нагнітальний клапани, поршень виконано вільно плаваючим з розділенням порожнини камери на камери змінного об'єму згоряння і насосну камеру Всмоктуючий і нагнітальний клапани встановлені в клапанній коробці у верхній частині насосної камери, а камера згоряння містить трубопровід подачі паливної суміші. Особливістю конструкції, що пропонується, є її простота і разом з тим, можливість добувати високов'язку нафту, що залягає на великих глибинах, оскільки вільно плаваючий поршень, що розділяє порожнину камери на камеру згоряння І насосну, дозволяє регулювати тиск в них і знизити тиск, під яким паливна суміш подається в камеру згоряння. Розташування всмоктуючого і нагнітальних клапанів в клапанній коробці, розміщеній у верхній частині насоса, дозволяє знизити гідравлічні опори у всмоктуючому і нагнітальному клапанах, оскільки перекачувана рідина поступає в насос нагрітою і, відповідно, із зниженою в'язкістю за рахунок теплообміну з корпусом насоса, що підвищує продуктивність і ефективність дії насосної установки Задача по третьому варіанту вирішується таким чином. У відомому діафрагмовому насосі, що включає корпус, який містить діафрагму, що ділить корпус на насосну і вибухову камери з трубопроводом подачі паливної суміші у вибухову камеру, діафрагма герметично встановлена в порожнині корпусу з утворенням насосної і камери згоряння, виключаючи попадання перекачуваної рідини з насосної в камеру згоряння Всмоктуючий і нагнітальний клапани розташовані як і у другому варіанті в клапанній коробці в насосній камері Особливістю даної установки є простота й конструкції, що допускає розміщення в габаритах стовбура свердловини, і можливість підйому рідини з великих глибин і підвищеної в'язкості Розташування насосної камери зовні вибухової камери забезпечує необхідне співвідношення об'ємів камер для насоса високої продуктивності Розміщення всмоктуючого і нагнітального клапанів в клапанній коробці у верхній частині насоса забезпечує зниження гідравлічних опорів при підйомі в'язкої нафти за рахунок п попереднього нагріву Рішення задачі по четвертому варіанту є окремим випадком рішення задачі по третьому варіанту і полягає в наступному Діафрагмовий насос, що включає корпус, в порожнині якого герметично встановлена діафрагма з утворенням насосної і камери згоряння, всмоктуючий І нагнітальний клапани, встановлені в клапанній коробці в насосній камері, містить злектролізер води, встановлений на забої, який виробляє паливну суміш, що подається в камеру згоряння Установка злектролізера на забої дозволяє розширити технологічні і експлуатаційні можливості установки, забезпечуючи привід насоса доступною дешевою енергією. У всіх чотирьох варіантах виконання насосної установки підвищення продуктивності також досягається за рахунок використання для його приводу дешевої доступної енергії, що виділяється при згорянні паливної суміші, для чого можна використати суміш водню і кисню, що подається з поверхні або генеровану безпосередньо в свердловині суміш кисню з пластовими рідинами і газами Тепло, що виділяється в ході електролізу води, при згорянні паливної суміші витрачається на підйом рідини і п нагрів Збільшення температури рідини, яку підіймають, веде до зниження п в'язкості, зменшення втрат енергії на гідравлічні опори і, відповідно, підвищення коефіцієнта корисної дії насосної установки На мал 1 представлена свердловинна насосна установка з циліндром, виконана по першому варіанту, на мал 2 установка з плаваючим поршнем, виконана по другому варіанту; на мал 3 установка з герметично встановленою діафрагмою, виконана по третьому варіанту, на мал 4 установка з герметично встановленою діафрагмою і електроліз єром (окремий випадок виконання установки по третьому варіанту) Свердловинна насосна установка (мал. 1) містить корпус 1, всмоктуючий 2 і нагнітальний З клапани, внутрішню порожнину 4 корпусу І, що виконує в залежності від сталого тиску в ній по черзі функції камери згоряння 9 і насосної камери 10, нерухомо встановлений розділовий циліндр 5, трубопровід подачі паливної суміші 6, направляючі 7 для установки клапанів на вході і виході установки. У другому варіанті виконання (мал 2) установка містить корпус 1, всмоктуючий 2 і нагнітальний 3 клапани, вільно плаваючий поршень 8, що ділить порожнину камери на камеру згоряння 9 і насосну камеру 10, трубопровід подачі паливної суміші 6 в камеру згоряння 9 Клапанну коробку 11, що містить всмоктуючий 2 і нагнітальний 3 клапани, і встановлену на виході установки Свердловинна насосна установка по третьому варіанту (малЗ) містить корпус 1, всмоктуючий 2 і нагнітальний З клапани, діафрагму 12, герметично встановлену всередині корпусу, з утворенням камери згоряння 9, створеної внутрішньою порожниною діафрагми 12, і насосної камери 10, трубопровід подачі паливної суміші 6 в камеру згоряння 9, клапанну коробку 11, що містить всмоктуючий 2 і нагнітальний клапани 3, встановлену на виході установки, джерело запалювання 13, розташоване всередині діафрагми, встановлений електролізер 14 з електричним кабелем 15, як окремий випадок виконання установки по третьому варіанту Пристрій по першому варіанту працює таким чином. Рідина з пласта свердловини через всмоктуючий клапан 2 заповнює внутрішню порожнину 4 корпусу І Від джерела паливної суміші (не показаний) по трубопроводу 6, встановленому на виході установки, в камери 4, заповнену рідиною, подають паливну суміш, наприклад, суміш кисню і водню, в заданій кількості, яку визначають розрахунковим шляхом виходячи з величини пластового тиску Встановлений нерухомо по центру корпусу розділовий циліндр 5 запобігає надходженню газу у внугрішню порожнину циліндра, що забезпечує повне витіснення рідини з порожнини насоса При змішенні горючого газу з нафтою, суміш запалюється. Продукти горіння під тиском витісняють рідину з порожнини насоса і через нагнітальний клапан 3 підіймають п на поверхню Охолоджування продуктів горіння за рахунок теплообміну із зовнішнім середовищем приводить до зниження тиску в камері згоряння 9 нижче за тиск в свердловині і в порожнину 4, що виконує вже функції насосної, через всмоктуючий клапан 2 поступає нова порція перекачуваного середовища Потім цикл роботи установки повторюється з частотою, пов'язаною з величиною притоку рідини з пласта в свердловину Установка по другому варіанту працює таким чином Нафта під дією пластового тиску через всмоктуючий клапан 2 поступає в насосну камеру 10 Плаваючий поршень 8 під дією тиску в свердловині опускається вниз, збільшуючи об'єм насосної камери 10 і зменшуючи камери згоряння 9,1 рідина поступає в насосну камеру 10 По трубопроводу 6 в камеру згоряння 9 під поршнем 8 порціями подають паливну суміш, яка, змішуючись з парами нафти і газу, загорається Розширення продуктів горіння приводить до збільшення тиску в камері згоряння, під дією якого поршень підіймається вгору, витісняючи пластову рідину з насосної камери через нагнітальний клапан 3 в підйомні труби Після охолоджування продуктів горіння тиск в камері згоряння 9 знижується нижче за тиск в свердловині і насосна камера заповнюється рідиною Цикл повторюється Установка по третьому варіанту працює таким чином Під дією пластового тиску через всмоктуючий клапан 2 нафта поступає в насосну камеру 10, заповнюючи її Горюча суміш подається порціями по трубопроводу в камеру згоряння 9, утворену внутрішньою порожниною діафрагми Джерело запалювання 13 підпалює горючу суміш Підвищення тиску продуктів горіння деформує діафрагму, що приводить до збільшення об'єму камери згоряння і зменшення насосної і перекачуване середовище витісняється через нагнітальний клапан 3 в підіймальні труби Після охолоджування продуктів горіння тиск в камері 9 згоряння знижується нижче за тиск в свердловині, діафрагма приймає початкову форму, внаслідок чого об'єм насосної камери збільшується і в неї всмоктується через клапан 2 нова порція перекачуваного середовища Далі цикл повторюється У тих випадках, коли з технологічних міркувань переважно використати для приводу насоса паливну суміш, що генерується в свердловині, використовують четвертий варіант виконання насосної установки, з електролізером, що є окремим випадком третього варіанту За рахунок електроенергії, що подається за допомогою електричного кабеля 7 з поверхні до електролізеру 10, встановленому під камерою згоряння, в ньому відбувається електролітичне розкладання води на водень і кисень, створюючих паливну суміш. Паливна суміш, попадаючи в камеру згоряння, загорається, внаслідок чого продукти горіння, що розширяються, деформують діафрагму, яка витісняє пластову рідину з насосної камери в підйомні труби. Після охолоджування продуктів горіння тиск в камері знижується нижче за тиск в свердловині, діафрагма повертається в початкове положення, вода,що утворилася внаслідок горіння водню і кисню, стікає під дією сили тяжіння назад в електролізер, а насосна камера заповнюється рідиною і цикл повторюється. Свердловинна насосна установка видобутку наф ти Пластова рідина t I Паливна суміш 8 шт t Пластова рідина Мал. 1 Ю.О.Зарубін В.I.Горбунов В.В.Одновол І.Г.Малашок Свердловинна насосна установка видобутку нафти Пластова рідина Пластова рідина Мал. 2 Ю.О.Зарубін В.І.Горбунов В.В.Одновол Ї.Г.Малашок Свердловинна насосна установка видобутку нафти Пластова рідина Пластова рідина Мал. З Ю.О.Зарубін В.І.Горбунов Б.В.Одновол І.Г.Маланюк Свердловинна насосна установка видобутку нафти Пластова рідина "С С Z, З 11 Пластова рідина 10 1 9 12 13 ^— \ 15 14 \ Мал. 4 Ю.О.Зарубін В.І.Горбунов В.В.Одновол І.Г.Маланюк F04B43/00 F04B47/12 F04B47/06 Свердловинна насосна установка видобутку нафти Винахід відноситься до техніки видобутку нафти, зокрема до свердловинних насосних установок для підйому високов'язкої нафти з свердловини на поверхню. Відома установка для видобутку нафти, що складається з глибинного штангового насоса, приводу насоса, виконаного у вигляді камери з поршнем, який жорстко пов'язаний з полірованим штоком, призначеним для з'єднання колони штанг з поршнем (А.С. СССР N 868119, Мкл. F04B 47/12 1981 м.). Для того, щоб привести установку в рух, камеру з'єднують з джерелом стислого повітря. Газ, який знаходиться під тиском, що перевищує тиск рідини, що знаходиться в порожнині камери, заповнює камеру і витісняє з неї рідину, внаслідок чого поршень-поплавець підіймається вгору і тягне колону штанг, плунжер насоса і рідину, що викачується. Після скинення газу з камери в атмосферу, вона знов заповнюється водою і поплавець опускається вниз Передача енергії від приводу до насоса здійснюється за допомогою колони штанг, що знижує технологічні можливості установки, обмежуючи глибину спуску насоса міцністними характеристиками штанг. Крім того, в процесі експлуатації неминуча деформація колонних штанг, що приводить до втрати ходу плунжера насоса, знижуючи його продуктивність. Відомий свердловинний поршневий електронасос, що містить електродвигун, пов'язаний з ним поршневий насос, який забезпечений механізмом для перетворення обертального руху вала електродвигуна в з во ротно-поступальний рух поршня насоса (АС. СССР № 1147848, F04B 47/06, 1985 р.). У період нагнітання рідини в трубопровід, рухлива система штовхає поршень насоса, а в період всмоктування тягне його за собою. Цей поршневий електронасос має складну конструкцію через наявність великого числа проміжних елементів, що знижують його надійність, і не дозволяє добитися високої продуктивності, внаслідок обмеженої частоти робочого ходу поршня. Відомий також діафрагменний насос для перекачки текучих середовищ. Насос містить корпус, в якому встановлена діафрагма з утворенням насосної і вибухової камер. У насосній камері встановлені всмоктуючий і нагнітальний клапани. Вибухова камера забезпечена трубопроводами подачі палива і окислювача, форсунками і джерелом запалювання Вибухова камера містить також рухливу підпружинену кришку і елементи демпфування коливань. При подачі у вибухову камеру горючої суміші, за допомогою джерела запалювання, в ній відбувається вибух, що супроводиться підвищенням тиску продуктів згоряння. Кришка при цьому підіймається, стискаючи пружину, що приводить до збільшення об'єму вибухової камери і зменшення насосної за рахунок стиснення діафрагми. Через нагнітальний клапан перекачуване середовище, витісняється до споживача. Після згоряння горючої суміші тиск у вибуховій камері падає, кришка і діафрагма повертаються в початкове положення, внаслідок чого об'єм насосної камери збільшується і в неї через всмоктуючий клапан всмоктується нова порція середовища, що перекачується (АС. СССР № 1439281, F 04В 43/00, 1988 p.). Діафрагмовий насос призначений для перекачки текучих середовищ на денній поверхні. Він не може бути використаний для підйому рідини з свердловин і, зокрема, для підйому високов'язкої нафти з великих глибин. Скид відпрацьованих газів через клапан повинен спрямовуватися в стовбур свердловини, продовжуючи тиск на прийомі насоса, що веде до зниження коефіцієнта корисної дії насоса і, відповідно, зменшення продуктивності. При За рахунок електроенергії, що подається за допомогою електричного кабеля 7 з поверхні до електролізеру 10, встановленому під камерою згоряння, в ньому відбувається електролітичне розкладання води на водень і кисень, створюючих паливну суміш. Паливна суміш, попадаючи в камеру згоряння, загорається, внаслідок чого продуїсги горіння, що розширяються, деформують діафрагму, яка витісняє пластову рідину з насосної камери в підйомні труби. Після охолоджування продуктів горіння тиск в камері знижується нижче за тиск в свердловині, діафрагма повертається в початкове положення, вода,що утворилася внаслідок горіння водню і кисню, стікає під дією сили тяжіння назад в електролізер, а насосна камера заповнюється рідиною і цикл повторюється. Свердловинна насосна установка видобутку нафти Пластова рідина Паливна суміш Ю.О.Зарубін В.І. Горбунов В.В.Одновол І.Г.Маланюк Пластова рідина Мал. 1 Свердловинна насосна установка видобутку нафти Пластова рідина Пластова рідина Мал. 2 Ю.О.Зарубіи В.І.Горбунов В.В.Одновол І.Г.Маланюк Свердловинна насосна установка видобутку нафти Пластова рідина Пластова рідина Мал. 3 Ю.О.Зарубін В.І.Горбунов В.В.Одновол І.Г.Маланюк Свердловинна насосна установка видобутку нафти Пластова рідина А Пластова рідина ш: 1 з 11 10 12 9 13 15 14 ! L-U1 Мал. 4 Ю.О.Зарубін В. ї. Горбунов В.В.Одновол І.Г.Маланюк