Устройство плунжерного лифта для нефтяных и газовых скважин, предназначенной для удаления жидкости из газовых и газоконденсатных скважин и для интенсификации добычи нефти
самозадавление скважин обводнение интенсификация нефти конструкция плунжера плунжерный лифт
ПЛУНЖЕР С ВНУТРЕННИМ ШАРОМ КЛАПАНОМ

Предлагаемая полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для удаления жидкости из газовых и газоконденсатных скважин и для интенсификации добычи нефти.

Известен плунжер [Патент на изобретение № 2318989  РФ, опубл. 10.05.2008, МПК E21B 43/00], состоящий из корпуса с сквозным отверстием и нижнего ограничителя, представляющего собой стальной шар с наружным расположением. В 2006 году компанией ООО «Газпром ВНИИГАЗ» были проведены промысловые испытания данного плунжера. Из-за сильных ударов шара о корпус плунжер часто выходил из строя и быстро изнашивался. По заключению плунжер не прошел промышленные испытания из-за малой наработки. Наработка плунжера составила 25 суток.
Известен плунжер [Журнал «Нефтяное хозяйство» Опытно-промысловые испытания плунжерного лифта на восточном участке оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения, 27 марта 2018, В.В. Ульянов, А.Е. Кучурин, Е.А. Кибирев, А.Ю. Грызунов, А.М. Дунаев], состоящий  из корпуса, с двух сторон которого накручены головка  и наконечник. Наконечник фиксируют и ограничивают ход плашек, расположенных на толкателе и подпружиненных пружинами. На плашках выполнены пазы для очистки стенок НКТ от парафиновых отложений. В толкателе и головке движется шток, на нижний конец навернут хвостовик с двумя пазами фиксации. Фиксация происходит при помощи подпружиненного пружиной шарика. 
Основным недостатком данного плунжера является множество движущихся элементов, находящихся внутри корпуса плунжера, при поломке или изнашивании одной из частей в негодность приходит весь плунжер. А также плунжер обладает большой массой, что приводит к сильным ударам о стоп-якорь.
Известен плунжер [Патент на изобретение № 7784549 US, опубл. 17.04.2008, МПК E21B 34/00 E21B 34/08], включает в себя проходящий в продольном направлении плунжер, имеющий  внутреннюю поверхность, образующую внутренний проточный канал, проходящий в продольном направлении через него. Так же плунжер имеет шток клапана, проходящий в продольном направлении через поршень, образуя герметичную камеру, в которой поддерживается давление ниже того, которое требуется для закрытия клапана. Смещающий элемент дополнительно включен для смещения штока клапана в открытое положение до тех пор, пока не будет достигнуто заданное давление, посредством чего клапан перемещается в закрытое положение и поток через канал внутреннего потока прекращается.
Основным недостатком данного плунжера является то, что использование возможно лишь в скважинах с небольшим давлением, т. к. конструкция закрывающихся клапанов приводит к их частому заклиниванию и износу, что приведет к поломке всего плунжера. 
Задачей предлагаемой конструкции является повышение надежности плунжера и его ресурса работы.
Техническим результатом настоящей полезной модели является конструкция плунжера с высокими показателями надежности при добыче нефти и газа методом плунжерного лифта, позволяющая выносить пластовую воду. При этом шар-клапан реагирует на контакт со значительным количеством или непрерывным телом жидкости, например на границе раздела газ/жидкость, что приводит к закрытию шара-клапана. При этом поднятие плунжера в эксплуатационной колонне осуществляется только за счет энергии восходящего потока газа.
Технический результат (т.е. высокие показатели надежности при добыче при добыче нефти и газа методом плунжерного лифта) достигается тем, что корпус плунжера выполнен из литьевого полиуретана СКУ 7Л для уменьшения массы плунжера и сохранения его прочностных характеристик. При этом для управления циклами плунжерного лифта в корпусе размещен шар-клапан, выполненный из полиуретана, с возможностью осевого перемещения  для ограничения потока газожидкостной смеси через верхнюю камеру, причем корпус включает в себя перепускные каналы примыкающие к центральной камере таким образом, что бы поток газожидкостной смеси, проходящий через перепускные каналы, не сталкивался с шаром-клапаном, находящимся в нижнем положении, причем шар-клапан является единственным движущимся элементом, при этом диаметр шара-клапана больше диаметра нижнего отверстия, но меньше диаметра нижней камеры. Для уменьшения утечки жидкости между внешней частью корпуса плунжера и внутренней частью эксплуатационной колонны имеются уплотнительные канавки. 

Сущность предлагаемой полезной модели представлена чертежами. На фиг. 1 представлен чертеж при спуске плунжера с расположением шара-клапана в центральной камере; на фиг. 2 в процессе подъема плунжера, когда шар-клапан перекрывает движение потока газа, находясь в седле верхней камеры; на фиг. 3 после падения плунжера на дно скважины.
Плунжер 13 с внутренним расположением шара-клапана состоит из двух основных компонентов – корпус 1 и шар-клапан 9.  Корпус включает в себя сквозной канал новой конфигурации (центральная камера 6), верхнюю камеру 3 и нижнюю камеру 8. Верхняя камера 3 имеет входное (верхнее) отверстие 2 и шейку 4 (сужающаяся камера между верхней камерой 3 и центральной 6). Центральная камера 6 включает в себя седло 5 (место  герметичного соединения шейки 4 и центральной камеры 6 для  закрытия шара-клапана 9 при его движении вверх), перепускные каналы 7 (используются для увеличения пропускной способности, позволяют свободно выносить песок и уменьшают давление на шар-клапан 9). Нижняя камера 8 включает в себя посадочное место 10 (место, в котором шар-клапан 9 находится при открытом состоянии) и нижнее отверстие 11. Так же имеются уплотнительные канавки 12, действующие как несовершенное уплотнение и функционируют, создавая турбулентность между внешней частью плунжера 13 и внутренней частью эксплуатационной колонны 14. Турбулентность уменьшает перепускной поток в зазоре между корпусом 1 и эксплуатационной колонной 14 .
Плунжер 13 с внутренним расположением шара-клапана 9 работает следующим образом. 
Плунжер 13 спускается в скважину по эксплуатационной колонне (фиг. 1). При накоплении жидкости уменьшается дебит скважины плунжер 13 начинает падать на забой скважины, при падении шар-клапан 9 ударяется о газожидкостную смесь, сопротивление движения жидкости заставляет шар-клапан 9 подниматься вверх до тех пор, пока он не переместится в центральную камеру 6 и не упрется в седло 5 (фиг. 2). При этом плунжер 13 перекрывает движение потока газа, сила давления создаваемая снизу превышает силу давления сверху (вес плунжера 13, гидростатический вес столба жидкости) и плунжер 13 поднимается на устье скважины, где он попадает в лубрикатор и удерживается под действием давления и восходящего потока газожидкостной смеси. Далее шар-клапан 9 падает в нижнюю камеру 8 на посадочное место 10, и цикл повторяется (фиг. 3). 
Если в скважине нет большого количества жидкости, то плунжер 13 падает на забой скважины (фиг. 3). Происходит накопление жидкости и из-за плавучести шара-клапана 9 и движения газа, шар-клапан 9 поднимается вверх до тех пор, пока он не переместится в центральную камеру 6 и не упрется в седло 5, далее плунжер поднимается на устье вместе с газожидкостной смесью (фиг. 2). 
При этом газ проходит сквозь плунжер 13 через нижнее отверстие 11 по всем камерам 8, 6, 3, а также через перепускные каналы 7, не создавая при этом противодавления на шар-клапан 9. 
Отличительной особенностью заявленной конструкции является автоматическое реагирование шара-клапана на наличие жидкости в скважине, благодаря чему плунжер при наличии жидкости не будет достигать забоя скважины и не будет ударяться о стоп-якорь. Так же внутренне расположение шара-клапана позволит исключить заклинивание шара-клапана и увеличить срок службы плунжера. Для увеличения пропускной способности, имеются перепускные каналы, позволяющие свободно выносить песок и уменьшить давление на шар-клапан.

Формула полезной модели

Плунжер, для удаления жидкости из эксплуатационной колонны нефтяной, газовой или газоконденсатной скважины, состоящий из корпуса, выполненного из полиуретана, сквозного сечения (верхняя, центральная и нижняя камеры) седла, уплотнительных канавок, для уменьшения утечки жидкости между внешней частью корпуса плунжера и внутренней частью эксплуатационной колонны, шара-клапана, выполненного из полиуретана, с возможностью осевого перемещения  для ограничения потока газожидкостной смеси через верхнюю камеру, причем корпус включает в себя перепускные каналы примыкающие к центральной камере таким образом, что бы поток газожидкостной смеси, проходящий через перепускные каналы, не сталкивался с шаром-клапаном, находящимся в нижнем положении, причем шар-клапан является единственным движущимся элементом.
Используется в нефтяных и газовых скважинах
Александр
Воропаев
Александрович
Студент
Отсутствует
Отсутствует
-
-
РОССИЯ
Александр
Воропаев
Александрович
Студент
РОССИЯ
52.47.19
Разработка нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений
52.47.25
Эксплуатация и ремонт нефтяных и газовых скважин
02.07.ZQ
MINING & MINERAL PROCESSING
Александр
Воропаев
Александрович
Автор
РОССИЯ
ФОНД СОДЕЙСТВИЯ ИННОВАЦИЯМ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ МАЛЫХ ФОРМ ПРЕДПРИЯТИЙ В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЕ"
1027739479734
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
Александр
Воропаев
Александрович
Физическое лицо
РОССИЯ