способ подъема газожидкостной смеси скважин и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ подъема газожидкостной смеси из скважин штанговыми насосами, заключающийся в подъеме жидкости глубинным насосом с использованием подъемной энергии газа и давления гидростатического столба газожидкостной смеси, находящейся над приемом насоса, отличающийся тем, что к глубинному насосу подают жидкость сверху вниз по изолированному от забоя скважины кольцевому пространству, предварительно отделив из поднимающейся по затрубному пространству газожидкостной смеси, при повороте направления жидкости с восходящего в нисходящее, газа, откачивают газ в насосно-компрессорные трубы и распространяют использование его подъемной энергии по всему стволу скважины, а давлением гидростатического столба дегазированной жидкости, находящейся над приемом насоса, снимают часть нагрузки от веса поднимаемой по колонне насосно-компрессорным трубам скважинной продукции.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подаваемую к глубинному насосу сверху вниз газожидкостную смесь пропускают через деэмульсационные фильтры и подают в нее поверхностно-активное вещество в суженном проходе, образованном корпусом газосепаратора-деэмульсатора и насосно-компрессорных труб.

3. Установка для подъема газожидкостной смеси из скважин штанговыми насосами, содержащая глубинные насосы, всасывающие и нагнетательные клапаны, колонны штанг и труб, газоперепускные клапаны, отличающаяся тем, что установка имеет два насоса, верхний и нижний, при этом последний выполнен одинарного действия с кольцевым каналом, образованным его корпусом и кожухом, и приемной камерой, а верхний выполнен с поршнем двойного действия, боковыми всасывающими и нагнетательными газоперепускными клапанами, причем верхний насос предназначен для откачки газа, а нижний - для откачки жидкости, оба насоса соединены между собой полыми штангами и насосно-компрессорным трубами и под газовым насосом установлен газосепаратор-деэмульсатор, состоящий из емкости для поверхностно-активного вещества, корпуса фильтра с размещенными в нем кольцевыми фильтрами и пропущенных через фильтры трубками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к добыче нефти и газа.

Известен способ подъема жидкости из скважин штанговым глубинным насосом, включающим сепарацию свободно выделившегося из приема насоса газа глубинно-насосной установкой, состоящей из штангового глубинного насоса, содержащего корпуса, плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны, из газосепаратора, колонны насосно-компрессорных труб, колонны штанг устьевого сальника, станка-качалки.

Недостатками этого способа и используемой установки являются невозможность использования для подъема скважинной продукции имеющейся потенциальной энергии, выражающейся в различных физико-структурных свойствах этой продукции и физических условиях ее подъема; весьма ограниченное использование для подъема жидкости энергии свободного газа, выделяющегося из жидкости при подъеме.

Наиболее близким техническим решением является способ подъема жидкости из скважин с использованием штангового глубинно-насосного оборудования, состоящего из штангового глубинного насоса, колонны штанг, колонны насосно-компрессорных труб с газоперепускным клапаном, установленным на верхней части колонны труб.

Недостатками этого способа и используемого глубинно-насосного оборудования являются невозможность использования для подъема потенциальных видов энергии, заключенной в самой скважинной продукции, разности плотностей различных компонентов добываемой жидкости, заключенной в свободном газе, выделяющегося из скважинной жидкости.

Целью изобретения является более полное использование различных видов потенциальной энергии, имеющейся в самой скважинной продукции для повышения эффективности эксплуатации скважин штанговыми глубинными насосами.

Цель достигается тем, что в способе подъема газожидкостной смеси из скважин штанговыми насосами с использованием подъемной энергии газа и давления гидростатического столба газожидкостной смеси, находящейся над приемом насоса, жидкость подают сверху вниз по изолированному от забоя скважины кольцевому пространству, предварительно отделив из поднимающейся по затрубному пространству газожидкостной смеси, при повороте направления жидкости с восходящего в нисходящее, газа, откачивают газ в насосно-компрессорные трубы и распространяют использование его подъемной энергии по всему стволу скважины, а давлением гидростатического столба дегазированной жидкости, находящейся над приемом насоса, снимают часть нагрузки от веса поднимаемой по колонне труб скважинной продукции.

Цель достигается и тем, что подаваемую к глубинному насосу сверху вниз газожидкостную смесь пропускают через деэмульсационные фильтры и подают в нее поверхностно-активное вещество в суженном проходе, образованном корпусом газосепаратора-деэмульсатора и насосно-компрессорных труб.

Поставленная цель достигается установкой, имеющей два насоса, верхний и нижний, при этом последний выполнен одинарного действия с кольцевым каналом, образованным его корпусом и кожухом, и приемной камерой, а верхний выполнен с поршнем двойного действия, боковыми всасывающими и нагнетательными газоперепускными клапанами, причем верхний насос предназначен для откачки газа, а нижний - для откачки жидкости, оба насоса соединены между собой полыми штангами и насосно-компрессорными трубами и под газовым насосом установлен газосепаратор-деэмульсатор, состоящий из емкости для поверхностно-активного вещества, корпуса фильтра с размещенными в нем кольцевыми фильтрами и пропущенными через фильтры трубками.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что в заявленном способе с целью более полного использования потенциальных видов энергий, имеющихся в самой скважинной продукции, выражающейся в различном компонентном составе, обладающих различными физико-химическими свойствами скважинной продукции, ствол скважины делят на два интервала:

1. Интервал подъема редукции нефтеносного пласта комбинированным использованием пластовой энергии в виде рациональной величины забойного давления, подъемной энергии выделявшегося из нефти газа при их движении по затрубному пространству, использованием гидростатического давления дегазированной жидкости, движущейся от заданной верхней точки этого интервала, обратно к приему насоса вниз, расположенного на заданной глубине в нисходящем потоке по изолированному от забоя скважины по кольцевому пространству.

2. Интервал подъема продукции скважины комбинированным использованием энергии, передаваемой механическим оборудованием и повторно - подъемной энергией газа, выделившегося из жидкости в первом интервале скважины, путем его засасывания из затрубного пространства и перемешивания с жидкостью, откачиваемой нижним насосом по полым штангам, т.е. за счет снижения плотности этой газожидкостной смеси на заданную величину.

Предложенный способ отличается и тем, что для более полного использования потенциальных видов энергии при подъеме скважинной газожидкостной эмульсии последняя подвергается предварительной подготовке, заключающейся в подаче в газожидкостную смесь ПАВ марок "Превоцель" и др., их перемещении в суженном сечении, образованном между корпусом деэмульгатора и эксплуатационной колонной, в отделении выделившегося газа при повороте струи жидкости от восходящего в нисходящий поток, в деэмульсации и в дополнительном выделении газа при прохождении жидкости через фильтры, позволяющие разрушить остаточные газожидкостные глобулы.

Отличается от существующих и подземное оборудование, тем, что откачку жидкости и газа производят раздельно с различных глубин насосами различных конструкций: жидкости - глубинным насосом одинарного действия с приемной камерой и кольцевой канавкой (окольцевым пространством), по которой жидкость в насос поступает под заданным высоким давлением, что позволяет не только обеспечить полное заполнение глубинного насоса при всасывании жидкости, но и снять часть нагрузки от веса жидкости и колонны штанг, откачку газа производят насосом двойного действия, засасывая свободно выделившийся газ из затрубного пространства и нагнетая его в насосно-компрессорные трубы, где он перемешивается с жидкостью, выходящей из полых штанг, образуя газожидкостную смесь со значительно меньшей плотностью по сравнению с жидкостью, а следовательно, снижает нагрузку от веса жидкости на оборудование.

Указанное позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна".

При изучении других известных решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены и поэтому обеспечивают заявляемому техническому решению и существенные отличия.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена схема предлагаемой штанговой глубинно-насосной установки. Установка состоит из двух глубинных насосов 1 и 2: нижнего 1 с плунжерной парой одинарного действия 3 для откачки жидкости; верхнего 2 с поршневой парой двойного действия 4 для откачки газа. Насосы соединены друг с другом колонной насосно-компрессорных труб 6 и колонной полых штанг 5.

Полые штанги с полым штоком и плунжером нижнего насоса, а также с полым штоком и плунжером верхнего насоса, имеющим выше плунжера выкидные отверстия 7, соединены при помощи переходных муфт. При этом верхний насос имеет всасывающие 8 и 9 и нагнетательные клапаны 8"" и 9"".

Насосно-компрессорные трубы 6 ниже верхнего газового насоса с колонной полых штанг и концентричными им наружными трубами образуют кольцевое пространство 14, верхняя часть которого служит емкостью для поверхностно-активного вещества (ПАВ) 13 и газосепаратор-деэмульсатор 15, в которой ниже приемных отверстий 10 расположены кольцевые фильтры 11, через которые пропущены трубочки для подачи ПАВ из верхней трубной кольцевой емкости 13 в суженный проход, образованный между газосепаратором и обсадной (эксплуатационной) колонной скважины.

В нижней части колонну НКТ через патрубок-переводник с отверстиями соединяют с корпусом замковой опоры и концентричными к ней наружными трубами 19, образуя между ними приемный канал, сообщающими его с кольцевым пространством 14.

Способ осуществляют следующим образом.

Способ заключается в подъеме газожидкостной смеси с использованием для подъема скважинной продукции на поверхность земли потенциальных видов энергии, заключенных в самой продукции, выделяющихся по мере снижения давления среды, при сохранении ее температуры в рациональных диапазонах, легких углеводородов в газовое состояние и разности гидростатических давлений при различных соотношениях составляющих ее компонентов. Для этого газожидкостная смесь в начале ее призабойной зоны скважины до заданной высоты поднимается по затрубному пространству при интенсивном выделении из жидкости растворенных в ней газов в свободное состояние с обеспечением совместно восходящего движения всех компонентов, составляющих газожидкостную смесь, при котором рациональную скорость их подъема обеспечивают путем подбора площади сечения затрубного пространства, что также позволяет уменьшить удельные потери тепла, расходуемого при подъеме на единицу высоты, а следовательно, и обеспечить максимально возможное снижение плотности поднимаемой смеси при сохранении оптимальной величины забойного давления.

В конце подъема газожидкостной смеси на заданную высоту в нее подают поверхностно-активные вещества марок "Превоцель" и др. и меняют направление ее движения из восходящего в нисходящее, что сопровождается интенсивной дегазацией жидкости, которую далее пропускают через кольцевой фильтр 11, газосепаратор-деэмульсатор 15, где разрушают остаточные газожидкостные глобулы, что позволяет обеспечить более глубокое фазное разделение скважинной продукции на жидкость и газ; отделившаяся жидкость стекает по кольцевому пространству 14 к приему насоса 20, создавая на его приеме давление, которое полностью растворяет остаточные пузырьки газа, создает подпорное усилие на плунжер насоса, разгружая глубинно-насосное оборудование от части нагрузки, создаваемой весом по поднимаемой жидкости, и обеспечивает полное заполнение полости всасывания глубинного насоса жидкостью.

Отделившийся газ от жидкости при повороте струи в фильтре 11 деэмульсатора накапливается в верхней части затрубного пространства скважины, откуда его засасывают верхним насосом двойного действия 2, нагнетают в насосно-компрессорные трубы 6 и смешивают с жидкостью, нагнетаемой нижним жидкостным насосом 1, поднимаемой по полым штангам 5, образуя выше этой точки газожидкостную смесь со значительно меньшей плотностью.

Установка работает следующим образом: эмульсионная газожидкостная смесь поднятая по затрубному пространству при установленном оптимальном забойном давлении несколько выше установленного на забойной высоте устройства, перед откачкой на дневную поверхность земли глубинным насосом подвергается предварительной подготовке.

Для этого под газосепаратор-деэмульсатор 15 дозируют ПАВ "Превоцель" или др. , которая, далее проходя через суженный проход, образованный между этим устройством и эксплуатационной колонной, смешивается с эмульсионной смесью. Это способствует при повороте потока жидкости над устройством в обратную сторону фазному разделению смеси на газ и жидкость. Отделившийся при этом газ накапливают в верхней части затрубного пространства, а жидкость направляют по кольцевому пространству 14 к приему нижнего жидкостного глубинного насоса, которую далее этим насосом откачивают по полым штангам вверх. При этом на приеме насоса от давления гидростатического столба жидкости, зависящего от его высоты при ходе движения плунжера насоса вверх, происходит разгрузка глубинно-насосной установки от части нагрузки, равной G=P_пр f_пл, где P_пр - давление на приеме насоса, равное давлению гидростатического столба жидкости в кольцевом пространстве 14, подпирающем плунжер глубинного насоса 1 снизу при его ходе вверх.

Газ из межтрубного пространства на заданной высоте засасывают газовым глубинным насосом 2, имеющим большую производительность по сравнению с жидкостным насосом благодаря двойному ходу его поршня. Закачиваемый этим насосом в насосно-компрессорные трубы газ диспергирует выходящую из полых штанг жидкость, что позволяет образовывать газожидкостную смесь со значительно меньшей плотностью, а следовательно, и значительно снизить нагрузку от веса поднимаемой по насосно-компрессорным трубам газожидкостной смеси.

В случае если производительность насоса откачки газа рационального объема, выделяемого из нефти, не обеспечивает, то объем газа регулируют путем повышения или снижения давления газа в газовой зоне, что при сохранении оптимальной величины забойного давления, т.е. сохранении величины оптимального притока жидкости из пласта, обеспечивают изменением глубины спуска насоса, уменьшение или увеличение глубины спуска насоса при рациональной постоянной длине кольцевого пространства, по которому стекает к приему насоса дегазированная и деэмульсируемая жидкость, позволяет регулировать рациональную производительность не только газового насоса, но и насоса, откачивающего скважинную жидкость.

Предлагаемый способ для регулирования уровня газожидкостной смеси в скважине и установка для его осуществления по сравнению с существующими способами имеют следующие преимущества:

1. Уменьшают потребление электроэнергии, расходуемой на добычу нефти, за счет использования потенциальных видов энергии, имеющейся в самой добываемой скважинной продукции (разности плотностей компонентов, составляющих продукцию скважины, изменения физико-химических свойств смеси).

2. Увеличивают глубину спуска насосов и тем самым расширяют область применения более дешевого штангового глубинно-насосного способа добычи нефти.

3. Повышают эффективность их эксплуатации за счет увеличения коэффициента заполнения глубинного насоса при откачке жидкостей с различными физико-структурными свойствами, уменьшения деформации труб и штанг за счет использования подпирающих усилий давления на приеме глубинного насоса.