устройство для удаления пластовой жидкости из газовой скважины

Формула изобретения

Устройство для удаления пластовой жидкости из газовой скважины путем создания упорядоченной структуры потока, состоящее из лифтовой колонны труб, камеры в виде удлиненного цилиндра, хвостовика, обладающего положительной плавучестью, кольцевого поршня и полого штока с радиальными отверстиями, отличающееся тем, что хвостовик снабжен пакером и патрубком в осевом канале лифтовой колонны труб с образованием между ними кольцевой камеры, в осевом канале хвостовика установлен полый шток с радиальными отверстиями, который снабжен переводником с технологической расточкой на верхнем конце и патрубком-удлинителем на нижнем, образующим с полым штоком подвижное соединение, патрубок-удлинитель снабжен конической фаской и полым поплавком, в осевом канале которого установлена перфорированная перегородка с направляющим стержнем, снабженным шаровым клапаном, установленным с возможностью взаимодействия с конической фаской патрубка-удлинителя, кольцевой поршень установлен на внешней стороне полого штока и снабжен радиальными отверстиями, гидравлически связанными с кольцевой камерой и осевым каналом полого штока, а продольные отверстия в нем выполнены в промежутках между радиальными отверстиями с возможностью образования гидравлической связи кольцевого зазора, образованного между патрубком и полым поплавком, с осевым каналом труб лифтовой колонны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к газовой промышленности и предназначено для удаления пластовой жидкости с забоя газовой скважины.

В процессе эксплуатации газовых скважин на забое скапливается жидкость: конденсат, нефть или вода. В начальный период разработки залежи при высоких скоростях газового потока и небольшом скоплении жидкости она практически полностью выносится на поверхность. Но по мере снижения скорости потока газа и увеличении количества жидкости на забое скважины не обеспечивается полный вынос ее из скважины. Увеличение уровня жидкости в газовой скважине приводит к повышению противодавления на продуктивный пласт и уменьшению дебита скважины, вплоть до полной ее остановки. Колоннами лифтовых труб при обычном режиме эксплуатации скважины жидкость удалить нельзя, так как скорость восходящего потока газа не способствует выносу жидкости. Для эффективной эксплуатации скважины в этих условиях разработаны различные устройства.

Известно устройство для удаления пластовой жидкости из газовой скважин (а.с. № 1070335 МПК F04B 47/02), содержащее колонну подъемных труб, связанный с ней цилиндр с полым плунжером внутри, снабженный клапаном. Плунжер связан с приводом на устье скважины и снабжен раздвижными планками на конической поверхности для фиксации устройства в осевом канале труб лифтовой колонны, в случае прорыва газа над устройством.

Подъем порции пластовой жидкости осуществляется устьевым приводом, что является недостатком. Контакт уплотнительного элемента с внутренней поверхностью трубы лифтовой колонны в течение всего цикла приводит к его интенсивному износу, после чего требуется его замена.

Известно устройство периодического выноса конденсата из газовой скважины (Смирнов В.И. «Энергосберегающие технологии эксплуатации обводняющихся залежей нефти и газа». Научные труды, выпуск 1., г. Волгоград. 1997 г. с 49-52).

Основным элементом устройства является поплавок с газоуравнительной трубкой, устанавливаемый в осевом канале защитного кожуха, связанного жестко с нижним концом трубы лифтовой колонны. Поплавок связан через рычажную систему с нижним концом трубы лифтовой колонны.

Наиболее близким из известных устройств, выбранное в качестве прототипа, является устройство для осуществления способа газлифтной эксплуатации скважин (а.с. СССР № 1656932 МПК E21B 43/00).

Устройство включает лифтовую колонну труб, на нижнем конце которой установлена камера с радиальными каналами, внутри нее расположен хвостовик, обладающий положительной плавучестью и снабженный кольцевым поршнем. Кольцевой поршень, снабженный полым штоком, установлен в камере с возможностью образования подвижного соединения. Кольцевой поршень снабжен фиксатором верхнего и нижнего положений. На внутренней поверхности камеры выполнены кольцевые канавки для взаимодействия с фиксатором в крайних положениях хвостовика, связанного с кольцевым поршнем и полым штоком.

Камера содержит ряд радиальных отверстий, выполненных между кольцевыми канавками. Полый шток снабжен окнами над местом расположения кольцевого поршня. Размер радиальных отверстий в теле камеры и высота кольцевого поршня подобраны из условия образования гидравлической связи межтрубного пространства с внутренней полостью камеры под кольцевым поршнем при крайнем верхнем положении хвостовика.

Внутренняя полость камеры под кольцевым поршнем постоянно связана с затрубным пространством дросселем. При необходимости, в осевом канале полого штока ниже места расположения окон, может быть установлен обратный клапан.

К недостаткам конструкции устройства можно отнести следующее.

- Устройство предназначено для оснащения нефтяных скважин, эксплуатируемых при постоянном газлифте в условиях непрерывной подачи рабочего агента с поверхности по межтрубному пространству скважины, и не может быть применено в газовых скважинах.

Это связано с тем, что при нахождении кольцевого поршня в крайнем нижнем положении поступление газа в осевой канал лифтовой колонны труб происходит через радиальные отверстия в теле камеры и каналы в полом штоке. При этом жидкость, поступающая в скважину вместе с потоком газа, скапливается над кольцевым поршнем и является дополнительной силой, которую необходимо преодолевать при перемещении последнего вверх.

- Наличие дросселя, через который внутрь камеры подается пластовый флюид, в газовой скважине может играть негативную роль, а именно, при отсутствии пластовой жидкости в стволе скважины газ через дроссель подается внутрь хвостовика и далее - в осевой канал лифтовой колонны труб.

Накопление пластовой жидкости в скважине и камере происходит достаточно медленно, а при постоянной подаче газа через дроссель и изменения направления потока, происходит конденсация дисперсной влаги в камере и частичный ее вынос потоком газа в осевой канал лифтовой колонны труб. При этом возникает ситуация, когда пластовая жидкость перекроет сечение осевого канала хвостовика с прекращением подачи газа, но архимедовой силы еще недостаточно для его перемещения вверх и создания условий для выталкивания порции жидкости из камеры в осевой канал хвостовика.

Такая ситуация возможна в газовых скважинах, находящихся на поздней стадии эксплуатации, т.е. когда пластовое давление имеет низкие параметры, а дебит жидкости может быть достаточно большим.

Постоянная подача газа через дроссель приводит к тому, что сложно сформировать четочную структуру потока, а, следовательно, невозможно обеспечить эффективное удаление пластовой жидкости.

Кроме того, в прототипе отмечено, что эффективность процесса подъема пробки пластовой жидкости напрямую зависит от длины пробки и удельного перепада давления газа, энергией которого эта пробка подается на поверхность. Эффективность удаления пластовой жидкости в этом случае напрямую зависит от технологических параметров рабочего агента - газа, давление и расход которого можно регулировать в достаточно широком диапазоне. Однако при работе газовой скважины для удаления пластовой жидкости можно использовать энергию только самого газа, имеющую стабильные значения по давлению, температуре, дебиту, которые не могут быть изменены.

Задачей изобретения является создание устройства, лишенного указанных выше недостатков.

Технический результат, который может быть получен при реализации предполагаемого изобретения, заключается:

- в повышении эффективности удаления пластовой жидкости энергией добываемого газа, за счет подачи ее расчетной порции и формировании четочной структуры газожидкостного потока;

- возможность освобождения осевого канала устройства от поплавка с узлом перекрестных потоков для проведения исследовательских работ в интервале продуктивного пласта, путем пропуска геофизических приборов через осевой канал;

- возможность извлечения внутренней части устройства, без глушения скважин, путем применения тросовой техники при необходимости замены изношенных деталей.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для удаления пластовой жидкости из газовой скважины, состоящее:

- из лифтовой колонны труб,

- камеры в виде удлиненного цилиндра,

- хвостовика, обладающего положительной плавучестью,

- кольцевого поршня и

- полого штока с радиальными отверстиями,

СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ,

- хвостовик снабжен пакером и патрубком в осевом канале лифтовой колонны труб с образованием между ними кольцевой камеры,

- в осевом канале хвостовика установлен полый шток с радиальными отверстиями, который снабжен переводником с расточкой на верхнем конце и патрубком-удлинителем на нижнем, образующим с полым штоком подвижное соединение,

- патрубок-удлинитель снабжен конической фаской и полым поплавком, в осевом канале которого установлена перфорированная перегородка с направляющим стержнем, снабженным шаровым клапаном, установленным с возможностью взаимодействия с конической фаской патрубка-удлинителя,

- кольцевой поршень установлен на внешней стороне полого штока и снабжен радиальными отверстиями, гидравлически связанными с кольцевой камерой и осевым каналом полого штока,

- а продольные отверстия в нем выполнены в промежутках между радиальными отверстиями с возможностью образования гидравлической связи кольцевого зазора, образованного между патрубком и полым поплавком, с осевым каналом труб лифтовой колонны.

Устройство для удаления пластовой жидкости из газовой скважины поясняется чертежами, где

на фиг.1 - конструкция устройства в разрезе, установленного в осевом канале лифтовой колонны труб;

на фиг.2 - взаимное положение деталей устройства в режиме подачи пластовой жидкости энергией добываемого газа;

на фиг.3 - элемент конструкции устройства после извлечения из его осевого канала узла перекрестных потоков с поплавком.

Устройство, устанавливаемое в осевом канале лифтовой колонны труб 1, состоит из пакера 2 с хвостовиком 3, снабженным перепускными отверстиями 4, на котором телескопически установлен патрубок 5, обладающий положительной плавучестью. В осевом канале хвостовика 3 выполнен выступ 6. На нижнем конце патрубка 5 в его осевом канале установлена перфорированная перегородка 7. Внутрь осевого канала хвостовика 3 введена конструктивная сборка, включающая верхний переводник 8, с расточкой 9 внутри. К нижнему концу переводника 8 подсоединены полый шток 10, на наружной поверхности которого установлен узел перекрестных потоков в виде кольцевого поршня 11, в котором выполнен ряд радиальных отверстий 12, идентичных по размеру и расположению перепускным отверстиям 4 в хвостовике 3. На наружной поверхности кольцевого поршня 11 выполнена проточка 13, располагающаяся на уровне выполнения перепускных отверстий 4 в хвостовике 3. В кольцевом поршне 11 выполнен ряд продольных отверстий 14, чередующихся с радиальными отверстиями 12. В осевом канале полого штока 10 установлена на верхнем конце гайка 15, а на нижнем конце опорная гайка 16, в осевой канал которой пропущен патрубок-удлинитель 17 с ограничительным кольцом 18, обладающий положительной плавучестью, с рядом перепускных отверстий 19.

На нижнем конце патрубка-удлинителя 17 установлен полый поплавок 20, снабженный опорной шайбой 21 с отверстиями 22.

В средней части опорной шайбы 21 установлен направляющий стержень 23, на котором расположен шаровой клапан 24, обладающий положительной плавучестью, имеющий возможность входить в контакт с конической фаской 25 на нижнем конце патрубка-удлинителя 17. Между наружной поверхностью полого поплавка 20 и внутренней поверхностью патрубка 5 выполнена кольцевой камера 26, которая постоянно гидравлически связана через продольные отверстия 14 в кольцевом поршне 11 с осевым каналом лифтовой колонны труб 1. Кольцевой зазор 26 также гидравлически связан перепускными отверстиями 19 в теле патрубка-удлинителя 17 с его осевым каналом. Кольцевой зазор 27, между хвостовиком 3 и лифтовой колонной труб 1, связан через перепускные отверстия 4 в хвостовике 3 и радиальные отверстия 12, в кольцевом поршне 11, перфорационными отверстиями 28 в теле полого штока 10 в его осевым каналом 29.

Работа устройства.

При оснащении скважин лифтовой колонны труб 1 встык труб муфтового соединения вводится посадочный узел пакера 2, с перекрытием кольцевого зазора между хвостовиком 3 и внутренней поверхностью трубы лифтовой колонны 1. При этом хвостовик 3 снабжен патрубком 5 с перфорированной перегородкой 7, обладающим положительной плавучестью.

Технологический зазор между стенкой трубы 1 лифтовой колонны и наружной поверхностью патрубка 5 гидравлически связан через отверстия 4 в хвостовике 3 с проточкой 13 и, далее через радиальные отверстия 12 в кольцевом поршне 11 узла перекрестных потоков и перепускные отверстия 19 в патрубке-удлинителе 17, с его осевым каналом 29.

При отсутствии пластовой жидкости в стволе скважины патрубок-удлинитель 17 вместе с полым поплавком 20 и патрубком 5 находится в крайнем нижнем положении. Газ свободно подается в осевой канал труб лифтовой колонны 1 по кольцевому зазору 26 и продольные отверстия 14 кольцевого поршня 11. Из кольцевого зазора 27 между стенкой трубы лифтовой колонны 1 и наружной поверхностью хвостовика 3 газ подается в осевой канал 29 полого штока 10, откуда через отверстие 4, радиальные отверстия 12 в кольцевом поршне 11, а также через перепускные отверстия 19, в осевой канал 29 и далее в лифтовую колонну труб 1.

Внутрь полого поплавка 20 газ поступает через отверстия 22 в опорной шайбе 21.

При заполнении ствола скважин пластовой жидкостью до уровня расположения перепускных отверстий 19 патрубка-удлинителя 17, под действием архимедовой силы шаровой клапан 24 перемещается вверх по направляющему стержню 23 с посадкой на коническую фаску 25 на патрубке-удлинителе 17.

Полый поплавок 20 совместно с патрубком-удлинителем 17 перемещается вверх относительно полого штока 10.

При этом перепускные отверстия 19 располагаются над местом установки опорной гайки 16, а ограничительное кольцо 18 при этом перекрывает сечение перепускных отверстий 19, прекращая подачу газа из кольцевой полости под пакером 2. Одновременно происходит перемещение вверх патрубка 5.

Избыточным давлением газа, скапливающимся под пакером 2, пластовая жидкость поступает в кольцевой зазор 27 и далее через продольные отверстия 14 подается в осевой канал труб лифтовой колонны 1.

Порция пластовой жидкости выдавливается энергией газа, в осевой канал лифтовой колонны 1 над местом расположения устройства, при этом патрубок 5 возвращается в исходное положение. После прохождения порции пластовой жидкости мимо полого поплавка 20, последний также опускается вниз, открывая перепускные отверстия 4 и осевой канал патрубка-удлинителя 17 для свободной подачи газа в осевой канал труб 1 лифтовой колонны. Порция пластовой жидкости перемещается вверх давлением газа к устью скважины. Высота столба пластовой жидкости определяется, исходя из существующего перепада давления между межтрубным пространством и осевым каналом труб лифтовой колонны 1. В зависимости от этого определяют длину патрубка 5, а также размеры полого поплавка 20.

При необходимости проведения исследований в интервале продуктивного пласта в осевой канал лифтовой колонны труб 1 вводят ловильное устройство с цанговым захватом, который входит внутрь расточки 9. Перемещением вверх извлекают верхний переводник 8 и связанные с ним полый шток 10 с кольцевым поршнем 11 и полым поплавком 20 на поверхность, освобождая осевой канал патрубка 5 для пропуска приборов. После проведения исследований и подъема приборов, осуществляют спуск и установку сборки в осевой канал труб 1 лифтовой колонны с вводом и посадкой в осевой канал хвостовика 3 кольцевого поршня 11 с опорой на выступ 6.

Процесс подачи расчетных объемов пластовой жидкости в осевой канал лифтовой колонны труб 1 осуществляется в автоматическом режиме.