устройство для перекачки флюидов

Формула изобретения

Устройство для перекачки флюидов, содержащее систему трубопроводов, подвижный ступенчатый цилиндр с размещенным в нем неподвижным дифференциальным плунжером, образующим две камеры, при этом каждая из них оснащена всасывающим и нагнетательным клапанами, причем площади сечений их по диаметру не равнозначны по величине, отличающееся тем, что устройство снабжено блоком ввода реагентов, диспергатором газа и дополнительной камерой постоянного давления с тремя нагнетательными патрубками, расположенными в верхней, средней и нижней частях дополнительной камеры и оснащенными клапанами-регуляторами расхода потока флюидов, имеющей как газовый и газонефтяной, так и гидравлический объемы, и которая посредством клапанов гидравлически связана как с полостью ступенчатого цилиндра, так и с системой трубопроводов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для повышения КПД систем сбора и транспорта углеводородов на нефтепромыслах.

Устройство для перекачки флюидов содержит систему трубопроводов, блок ввода реагентов, диспергатор газа, ступенчатый цилиндр с размещенным в нем дифференциальным плунжером, образующим приемную (кольцевую) и основную (некольцевую) камеры, которые оснащены всасывающим и нагнетательным клапанами, причем площади сечений камер не равнозначны по величине.

Приемная камера, расположенная со стороны входа газожидкостной смеси в насос, обеспечивает равномерное поступление углеводородов в полость цилиндра в процессе эксплуатации. Основная камера, расположенная со стороны выхода флюида из насоса, обеспечивает подачу комплекса углеводородов в систему трубопроводов в заданном объеме, причем по размерам она больше, чем приемная камера и посредством клапанов связана с ней.

Устройство снабжено дополнительной камерой постоянного давления с тремя нагнетательными патрубками, расположенными в верхней, средней и нижней частях камеры и оснащенными клапанами-регуляторами расхода потока углеводородов, имеющей как газовый и газонефтяной, так и гидравлический объемы и которая посредством клапанов связана как с полостью ступенчатого цилиндра, так и с системой трубопроводов.

Дополнительная камера снабжена сальниковым штоком, соединенным с подвижным ступенчатым цилиндром, и герметизирующим устройством, причем сальниковый шток выполнен с таким расчетом, что разность площадей сечений дифференциального плунжера в его наименьшем размере и сальникого штока равна половине площади сечения цилиндра с наибольшим диаметром.

В нижней части дополнительной камеры постоянного давления установлены опорные полукольца, по которым перемещается ступенчатый цилиндр.

Техническое решение относится к нефтяной промышленности и может использовано в системах промыслового сбора, подготовки и транспортировки углеводородов, что позволит снизить энергетические и материальные затраты, а также сократить потери легких углеводородов.

Известен ряд конструкций насосов, предназначенных для откачки газожидкостных смесей из нефтяных скважин [1]. У известных насосов ограничена возможность по производительности и повышению КПД при откачке газожидкостных смесей с высокой концентрацией свободного газа в нефти.

Наиболее близким по техническому решению является глубинный штанговый насос [2] , содержащий подвижный ступенчатый цилиндр и размещенный в нем неподвижный дифференциальный плунжер, образующий две камеры, которые оснащены всасывающим и нагнетательнам клапанами.

Основным недостатком данной конструкции является пульсирующая подача жидкости в напорный трубопровод, что при больших объемах перекачки углеводородов может привести к аварийной ситуации в системе сбора нефти и газа.

Задача изобретения - создание устройства для перекачки в больших объемах как газожидкостных смесей, так и газообразных фракций углеводородов с равномерной подачей их в систему трубопроводов в процессе эксплуатации. Поставленная задача решается за счет того, что насос [2] снабжен дополнительной камерой постоянного давления с тремя нагнетательными патрубками, оснащенными клапанами-регуляторами расхода потока флюида, имеющей газовый, газонефтяной и гидравлический объемы. Нагнетательные патрубки расположены в верхней, средней и нижней частях дополнительной камеры соответственно для газа, нефтегазовой смеси и жидкости.

Конструктивно дополнительная камера выполнена так, что ее рабочий объем, т.е. тот объем, на который она увеличивается и уменьшается в процессе эксплуатации, равен 1/2 рабочего объема основной камеры. Это обусловлено тем, что разность площадей сечений меньшей ступени плунжера и сальникового штока равна 1/2 площади сечения цилиндра основной камеры, причем характер работы дополнительной камеры противоположный по сравнению с характером работы основной камеры, т. е. когда рабочий объем основной камеры уменьшается (цикл нагнетания), то рабочий объем дополнительной камеры увеличивается (цикл приема продукции) и наоборот, если в первой - цикл всасывания, то в другой - цикл нагнетания. Кроме того, дополнительная камера выполняет функции сепаратора газа и водоотделителя пластовой воды. Таким образом, широкий диапазон функциональной деятельности данной конструкции позволяет использовать предлагаемое устройство в течение всего периода разработки нефтяной залежи.

В первоначальный период, когда месторождение не обустроено, т.е. отсутствует газовый коллектор, газ перекачивается совместно с нефтью по газонефтяному коллектору. Свободный газ из верхнего нагнетательного патрубка направляется в блок (диспергатор газа), где газ дробится на мелкие глобулы, которые равномерно распределяются в потоке нефти, что обеспечивает нормальную работу газонефтяного коллектора.

При наличии газопровода газ частично или полностью в зависимости от потребителя направляется в газовый коллектор.

В случае поступления пластовой воды совместно с углеводородами (трехфазный поток флюида) вода в дополнительной камере отделяется от нефти и через нижний нагнетательный патрубок поступает в трубопровод для жидкости и направляется на утилизацию. Чтобы процесс водоотделения был эффективным, на приеме устройства вводится реагент. Реагент вводится в поток флюида и в других случаях, когда имеются определенные сложности в системе трубопроводов.

На чертеже схематично представлена предлагаемая конструкция устройства. Устройство содержит цилиндр 1, размещенный в нем плунжер 2, всасывающий клапан 3 и нагнетательный клапан 4, а также всасывающий клапан 5 и нагнетательный клапан 6 соответственно приемной камеры 7 и основной камеры 8, дополнительная камера 9, сальниковый шток 10, герметизирующее устройство 11, опорные полукольца 12, блок ввода реагентов 13, нагнетательный патрубок с клапаном, регулирующим подачу жидкости в трубопровод 14, нагнетательный патрубок с клапаном 15, регулирующим подачу газонефтяной смеси в трубопровод, нагнетательный патрубок с клапаном 16, регулирующим подачу газа в трубопровод. Кроме того, в системе трубопроводов имеется диспергатор газа 17, который обеспечивает нормальную работу газонефтяного коллектора, когда в него из газового коллектора поступает газ.

Работает устройство следующим образом.

При заполнении приемной камеры 7 газожидкостной смесью при давлении, равном давлению на приеме всасывающего клапана 3, цилиндр 1 находится в крайнем левом положении, при этом объем приемной камеры 7 равен объему мертвого пространства. Основная камера 8 в этом положении цилиндра 1 имеет наибольший объем (рабочий объем плюс объем мертвого пространства) при давлении, равном давлению на входе насоса. Нагнетательный клапан 6 находится в закрытом положении. Дополнительная камера 9 при таком положении цилиндра 1 имеет минимальный объем, давление в дополнительной камере 9 равно давлению на выходе насоса, при этом верхняя часть дополнительной камеры 9 заполнена газом, средняя часть - газонефтяной смесью, а низ заполнен жидкостью.

При движении цилиндра 1 вправо открывается всасывающий клапан 3 и газожидкостная смесь поступает в приемную камеру 7. Поступление в нее углеводородов продолжается до тех пор, пока цилиндр 1 не займет крайнее правое положение. В процессе движения цилиндра 1 из крайнего левого положения в крайнее правое величина объема основной камеры 8 уменьшается, при этом давление в ней будет увеличиваться и в момент, когда давление достигнет величины, равной давлению в напорном трубопроводе, откроется нагнетательный клапан 6 и газожидкостная смесь из основной камеры 8 перетекает в дополнительную камеру 9 (цикл нагнетания).

При крайнем правом положении цилиндра 1 основная камера 8 будет иметь наименьший объем при давлении, равном давлению на выходе насоса. В процессе цикла нагнетания дополнительная камера 9 будет увеличиваться в объеме и при крайнем правом положении цилиндра 1 объем ее возрастет на 1/2 рабочего объема основной камеры 8, т.е. в процессе цикла нагнетания половина объема продукции, поступившей из основной камеры 8, останется в дополнительной камере 9, а другая часть объема через клапаны 14, 15, 16 поступит в систему трубопроводов, т.е. газ перетечет в газовый коллектор, газонефтяная смесь - в газонефтяной коллектор, а жидкость - в трубопровод для жидкости.

При крайнем правом положении цилиндра 1 приемная камера 7 имеет наибольший объем, давление в ней будет равно давлению на приеме насоса. При ходе цилиндра 1 влево клапаны 3 и 4 закрыты, давление в приемной камере 7 растет, а в основной камере 8 снижается до уравновешивания в них. Клапаны 4 и 5 открываются и газожидкостная смесь из приемной камеры 7 перетекает в основную камеру 8. Поскольку площадь сечения левой камеры больше, чем площадь сечения правой камеры, давление в обеих камерах моментально снизится до величины давления на приеме всасывающего клапана 3, который откроется и газожидкостная смесь поступает в основную камеру 8 как из приемной камеры 7, так и из полости скважины (цикл всасывания). Этот процесс будет продолжаться до того момента, пока цилиндр 1 не займет крайнее левое положение, при этом объем основной камеры 8 будет наибольшим, а приемной камеры 7 - наименьшим. Давление в обеих камерах устанавливается равным давлению на приеме насоса. В течение цикла всасывания объем дополнительной камеры 9 будет уменьшаться и при крайнем левом положении цилиндра 1 ее объем сократится на 1/2 рабочего объема основной камеры 8, т.е. из дополнительной камеры 9 жидкость, газонефтяная смесь и газ соответственно через клапаны 14, 15, 16 поступят в систему трубопроводов.

При ходе цилиндра 1 вправо цикл работы устройства повторяется.

Источники информации

1. Муравьев И.М., Мищенко И.Т. Насосная эксплуатация скважин за рубежом. М.: Недра, 1967, с. 55-62, рис. 45а.

2. RU 2132968 С1, 1998.