комбинированный способ эксплуатации добывающей скважины и оборудование для его осуществления

Формула изобретения

1. Комбинированный способ эксплуатации добывающей скважины, включающий подъем жидкости и газа по колонне насосно-компрессорных труб на поверхность электропогружным и струйным насосами, отличающийся тем, что подъем жидкости и газа дополнительно осуществляют штанговым насосом, при этом в процессе совместной эксплуатации поток жидкости, нагнетаемый электропогружным и/или штанговым насосами, направляют через струйный насос, через который осуществляют и отбор газа из межтрубного пространства в колонну насосно-компрессорных труб, причем расход откачиваемой жидкости или газа, или поочередно жидкости и газа регулируют путем изменения глубины размещения в стволе скважины штангового насоса в паре со струйным насосом и изменения их режима откачки.

2. Оборудование для комбинированного способа эксплуатации добывающей скважины, включающее электропогружной и струйный насосы, отличающееся тем, что оно содержит клапанный узел и установленный выше него штанговый насос с верхним и нижним корпусом, в корпусе клапанного узла выполнено ступенчатое отверстие с проточками под уплотнительные кольца и размещены по центру соединенные между собой цанга и плунжер, выполненный ступенчатым по наружной поверхности с радиальными отверстиями, сообщающиеся с внутренним глухим отверстием, в котором закреплена цанга со сквозным отверстием, и с муфтой с поперечной шпилькой для ограничения перемещения плунжера вверх, при этом штанговый насос размещен в центре его нижнего корпуса и соединен нижним концом с переводником, в котором по окружности выполнены вертикальные отверстия для прохождения жидкости, добываемой электропогружным насосом, а по центру - вертикальное отверстие, сообщающееся с радиальным каналом, через которые добываемая жидкость поступает на прием штангового насоса, струйный насос выполнен с щелевым соплом и размещен в верхнем корпусе штангового насоса с возможностью возвратно-поступательного перемещения и увеличения площади щелевого сопла во время работы штангового насоса и создания различных геометрических форм его проточных частей, при этом по окружности корпуса струйного насоса, соединенного со штоком, к которому прикреплен центратор с ловильным штоком, выполнены продольные каналы, сообщающиеся с внутренним отверстием, где размещена клапанная пара и закреплен полый шток, соединенный с плунжером штангового насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для подъема пластовой жидкости из скважины на дневную поверхность одновременно электропогружным, штанговым и струйным насосами.

Известен способ эксплуатации добывающей скважины штанговой скважинной установкой, которая состоит из привода, устьевого оборудования, колонны насосных штанг, колонны насосно-компрессорных труб, скважинного насоса и вспомогательного оборудования [1].

Недостатки способа эксплуатации скважины штанговой скважинной установкой в следующем: при эксплуатации искривленных и наклонно направленных добывающих скважин глубинными насосами между штангами и трубами возникают значительные силы трения, приводящие к быстрому износу штанговых муфт и внутренней поверхности труб, что повышает расход труб и муфт и снижает межремонтные периоды; при низких динамических уровнях свободный газ, попадая в штанговый насос, блокирует его, и он перестает засасывать из скважины газожидкостную смесь или пену, в результате снижается текущая добыча продукции, а при ходе плунжера вниз возникают ударные нагрузки, приводящие к поломке клапанов насоса, штанг и наземного оборудования; при высоком содержании механических примесей в добывающей продукции происходит преждевременный износ клапанов и плунжерной пары штангового насоса.

Известен способ эксплуатации добывающей скважины установкой погружного центробежного насоса, которая состоит из погружного агрегата, включающего специальный погружной маслозаполненный электродвигатель, протектор и центробежный многоступенчатый насос, специальный кабель, прикрепленный к колонне НКТ хомутами. С помощью устьевого оборудования, установленного на колонной головке эксплуатационной колонны, подвешена колонна НКТ. На поверхности рядом со скважиной на безопасном расстоянии устанавливается автотрансформатор со станцией управления. Выше насоса устанавливается обратный клапан, облегчающий пуск установки после ее простоя, а над обратным клапаном - спускной клапан для слива жидкости из внутренней полости НКТ при их подъеме [2].

Недостатки способа эксплуатации скважины установкой погружного центробежного насоса в следующем: на парафинистых скважинах, оборудованных малопроизводительными центробежными насосами, из-за малых скоростей потока на внутренних стенках труб откладывается парафин - это приводит к постепенному снижению дебита, а затем - к полному прекращению подачи, в результате чего снижается межремонтный период скважин; существующий типоразмер центробежных насосов не всегда соответствует добывным возможностям продуктивного пласта, что не позволяет вести эксплуатацию скважины на максимально возможной депрессии на пласт; при снижении производительности погружного центробежного насоса на 30 процентов от его номинальной подачи дальнейшую эксплуатацию вести недопустимо, так как скорость потока, проходящего мимо электродвигателя, недостаточна для его охлаждения; в процессе работы нарушается герметичность обратного клапана, что не позволяет определять герметичность колонны насосно-компрессорных труб.

Известен комбинированный способ эксплуатации добывающей скважины двухступенчатым насосом, у которого первой ступенью является погружной бесштанговый насос, например, электроцентробежный, а вторая ступень выполнена в виде струйного аппарата с источником рабочей среды, расположенным на поверхности [3].

Недостаток комбинированного способа эксплуатации добывающей скважины двухступенчатым насосом состоит в том, что для подъема жидкости из скважины необходимо иметь две колонны труб и источник, расположенный на поверхности, для нагнетания рабочей среды к струйному аппарату по кольцевому пространству между двумя колоннами труб.

Техническая задача - увеличение добычи нефти и межремонтного периода, экономия электроэнергии и материальных средств на добывающих скважинах путем одновременной эксплуатации электропогружным, штанговым и струйным насосами.

Техническая задача выполняется следующим образом. На добывающей скважине для ее эксплуатации вводят электропогружной, штанговый и струйный насосы, при этом подъем жидкости и газа дополнительно осуществляют штанговым насосом, кроме этого, в процессе совместной эксплуатации поток жидкости, нагнетаемый электропогружным и/или штанговым насосами, направляют через струйный насос, через который осуществляют и отбор газа из межтрубного пространства в колонну насосно-компрессорных труб, причем расход откачиваемой жидкости или газа, или поочередно жидкости и газа регулируют путем изменения глубины размещения в стволе скважины штангового насоса в паре со струйным насосом и изменения режима их откачки, при этом оборудование отличается тем, что оно содержит клапанный узел и установленный выше него штанговый насос с верхним и нижним корпусом, в корпусе клапанного узла выполнено ступенчатое отверстие с проточками под уплотнительные кольца и размещены по центру соединенные между собой цанга и плунжер, выполненный ступенчатым по наружной поверхности с радиальными отверстиями, сообщающимися с внутренним глухим отверстием, в котором закреплена цанга со сквозным отверстием, и с муфтой с поперечной шпилькой для ограничения перемещения плунжера вверх, при этом штанговый насос размещен в центре его нижнего корпуса и соединен нижним концом с переводником, в котором по окружности выполнены вертикальные отверстия для прохождения жидкости, добываемой электропогружным насосом, а по центру - вертикальное отверстие, сообщающееся с радиальным каналом, через которые добываемая жидкость поступает на прием штангового насоса, струйный насос выполнен с щелевым соплом и размещен в верхнем корпусе штангового насоса с возможностью возвратно-поступательного перемещения и увеличения площади щелевого сопла во время работы штангового насоса и создания различных геометрических форм его проточных частей, при этом по окружности корпуса струйного насоса, соединенного со штоком, к которому прикреплен центратор с ловильным штоком, выполнены продольные каналы, сообщающиеся с внутренним отверстием, где размещена клапанная пара и закреплен полый шток, соединенный с плунжером штангового насоса.

На фиг. 1 изображен общий вид схемы размещения наземного и подземного оборудования комбинированного способа эксплуатации добывающей скважины; на фиг. 2 изображен штанговый насос со струйным насосом в разрезе - общий вид; на фиг. 3 изображен клапанный узел; на фиг. 4 изображен струйный насос в процессе его работы.

Комбинированный способ эксплуатации добывающей скважины включает следующее наземное и подземное оборудование.

Наземное оборудование состоит из станка-качалки 1, станции управления электропогружным насосом 9, комбинированной арматуры 2, где предусмотрен устьевой сальник, герметизирующий выход полированного штока и герметизирующий уплотнительный узел для электрического кабеля 10, идущего от станции управления 9 к электропогружному насосу 7.

Подземное оборудование состоит из насосных штанг 4, насосно-компрессорных труб 3, на которых спускается электропогружной насос 7, выше которого устанавливается клапанный узел 6, содержащий корпус 42, который соединен с муфтами насосно-компрессорных труб 3, причем в верхней муфте 37 выполнено сквозное радиальное отверстие, в которое вставляется шпилька 36, для ограничения перемещения плунжера 38, кроме этого, в корпусе 42 имеется сквозное ступенчатое отверстие, где с одной стороны выполнены проточки под уплотнительные кольца 39, а по центру соединенные между собой размещены плунжер 38 и цанга 43, причем плунжер 38 по наружной поверхности выполнен ступенчатым, что позволяет ему удерживаться в корпусе 42, при нахождении его в нижнем крайнем положении, кроме этого, по наружной поверхности выполнены радиальные отверстия 40, сообщающиеся с внутренним глухим отверстием 41, в котором крепится цанга 43, имеющая сквозное отверстие 44 для прохождения добываемой жидкости, а выше клапанного узла 6 на насосно-компрессорных трубах 3 устанавливается штанговый насос 5, который размещен в нижнем корпусе 23. Штанговый насос 5, состоящий из плунжера 24, где имеется нагнетательный клапан 25, и цилиндра 26, в нижней части которого размещен всасывающий клапан 27, снабжен полым штоком 21, соединенным с плунжером 24 и корпусом струйного насоса 16, кроме этого, на верхнем конце цилиндра 26 по наружной окружности размещены ребра 22 для его центрирования и устранения раскачиваний в нижнем корпусе 23. Нижний конец цилиндра 26 штангового насоса крепится с помощью муфты 28 с переводником 30, который соединен с переводником 29 нижнего корпуса 23 и патрубком 35, а по окружности размещены вертикальные отверстия 32 для прохождения жидкости, добываемой электропогружным насосом 7, кроме этого, по центру выполнено вертикальное отверстие 31, сообщающееся с радиальным каналом 33, через которые добываемая жидкость поступает на прием штангового насоса. Кроме этого, предусмотрен фильтр 34, который крепится к переводнику 29, соединенному с нижним корпусом 23, верхний конец которого с помощью переводника 20 соединяется с верхним корпусом 15, в котором размещается и перемещается во время работы станка-качалки 1 корпус струйного насоса 16, наружная поверхность которого с двух сторон выполнена конической, а между ними - цилиндрической, та наружная коническая поверхность 49 корпуса струйного насоса 16, которая размещена в нижней части, образует со стенками внутренней поверхности верхнего корпуса 15 успокоительную камеру 48 струйного насоса, цилиндрическая поверхность 50 - щелевое сопло 47, а верхняя коническая поверхность 52 со стенками верхнего корпуса 15 - камеру смешения 46 и диффузор 45, кроме этого, по окружности в ее нижней части выполнены продольные каналы 17, сообщающиеся с внутренним отверстием 51, где размещена клапанная пара в виде седла 19 и шара 18, предназначенная для предотвращения попадания мусора и механических примесей в полый шток и клапана штангового насоса во время спуска насосных труб и штанг в скважину, а на конце внутреннего отверстия 51 закреплен полый шток 21, соединенный другим концом с плунжером 24 штангового насоса, кроме этого, корпус струйного насоса 16 верхним концом соединяется со штоком 14, к которому крепится центратор 13 с ловильным штоком 12.

Комбинированный способ эксплуатации добывающей скважины осуществляется следующим образом.

На добывающей скважине устанавливают наземное оборудование электропогружного и штангового насосов и комбинированную арматуру 2 для их совместной эксплуатации, а при подземном ремонте в скважину 8 на заданную глубину на насосно-компрессорных трубах 3 спускается электропогружной насос 7 (можно применять также винтовой или диафрагменный электронасос), выше которого устанавливается клапанный узел 6 и штанговый насос 5, как изображено на фиг. 1. По окончании спуска насосных труб 3 спускают на насосных штангах 4 сцепляющее устройство (на чертеже не изображено) и производят залавливание за ловильный шток 12, который соединен с плунжером 24 штангового насоса посредством центратора 13, штока 14, корпуса струйного насоса 16 и полого штока 21. После проведения работ, связанных со спуском труб, штанг и залавливанием плунжера сцепляющим устройством собирают арматуру и запускают электропогружной насос и станок-качалку в работу.

При работе электропогружного насоса 7 добываемая им жидкость поступает в насосно-компрессорные трубы 3, так как радиальные отверстия 40 клапанного узла 6 перекрыты, когда плунжер 38 находится в крайнем нижнем положении и удерживается цангой 43, под ним начинает расти давление до определенной величины, после цанга 43 срывается с посадочного места корпуса 42 и движется вместе с плунжером 38 вверх до тех пор, пока плунжер 38 не упрется в поперечную шпильку 36, при этом перья цанги 43, войдя в интервал отверстия большего диаметра, разжимаются и, упираясь в бурт, удерживают плунжер 38, одновременно открываются отверстия 40, через которые добываемая жидкость по насосно-компрессорным трубам поступает в патрубок 35 (движение жидкости показано стрелками), далее - по вертикальным отверстиям 32, которые размещены по окружности переводника 30 и кольцевой зазор между цилиндром 26 штангового насоса и нижним корпусом 23 поступает в успокоительную камеру 48, где поток постепенно сужается, достигая максимальной скорости в сопле 47. Из сопла 47 добываемая жидкость входит в камеру смешения 46 со значительной кинетической энергией, увлекая за собой поток жидкости, который поступает в камеру смешения 46, при работе штангового насоса через фильтр 34, радиальный канал 33, вертикальное отверстие 31, всасывающий клапан 27, нагнетательный клапан 25, плунжер 24, полый шток 21, седло 19 и внутреннее отверстие 51. Движение нагнетаемой жидкости электропогружным и штанговым насосами через струйный насос при их одновременной работе показано на фиг.4 стрелками. В смесительной камере 46 и начале диффузора 45 потоки жидкости смешиваются, и кинетическая энергия жидкости, нагнетаемая электропогружным насосом, частично передается откачиваемой штанговым насосом. Далее в диффузоре 45 кинетическая энергия преобразуется в потенциальную, и смесь выходит из струйного насоса с определенным давлением, продолжая движение вверх по насосно-компрессорным трубам 3.

Достоинство струйного насоса состоит в том, что его корпус 16, который размещен в верхнем корпусе 15, во время работы станка-качалки перемещается в нем, а в нижнем положении (можно предусмотреть и в верхнем) выходит из него, при этом зазор щелевого сопла 47 постепенно увеличивается, позволяя потоку жидкости проталкивать скопившийся мусор и механические примеси под корпусом струйного насоса 16 вверх по насосно-компрессорным трубам 3.

При отключении станка-качалки жидкость из пласта добывается электропогружным и струйным насосами.

При отключении электропогружного насоса 7 столб жидкости, находящийся в насосно-компрессорных трубах 3, с высокой скоростью начинает двигаться обратно в скважину, при этом на радиальных отверстиях 40 клапанного узла 6 создается перепад давления, действующий сверху на золотник 38, при этом цанга 43 срывается с посадочного места, происходит движение вниз до тех пор, пока золотник 38 не упрется своим буртом в корпус 42, одновременно перекрываются радиальные отверстия 40. Дальнейшую эксплуатацию, если в этом есть необходимость, можно осуществлять только штанговым насосом.

Таким образом, применение комбинированного способа эксплуатации добывающей скважины и оборудование для его осуществления позволит:

увеличить текущую добычу нефти из добывающей скважины путем одновременной эксплуатации электропогружным, штанговым и струйным насосами, существующий типоразмер электропогружных насосов не всегда позволяет вести эксплуатацию скважины на максимально возможной депрессии на пласт;

поддерживать текущую добычу нефти на скважинах, оборудованных электропогружными насосами, на постоянном уровне в случае засорения или износа рабочих органов погружного насоса путем увеличения параметров откачки с помощью смены шкива на валу электродвигателя или увеличения длины хода полированного штока станка-качалки,

увеличить межремонтный период на парафинистых скважинах, оборудованных малопроизводительными электропогружными насосами, путем применения штанг со скребками.

увеличить текущую добычу нефти и межремонтный период, а также экономить электроэнергию и материальные средства при эксплуатации искривленных и наклонно-направленных добывающих скважин штанговыми насосами путем эксплуатации таких скважин электропогружным насосом малой производительности на постоянном режиме, а штанговым насосом на периодическом режиме с использованием автоматических устройств для включения и отключения электродвигателя станка-качалки по заданной программе;

удлинить срок использования штангового насоса за счет того, что в процессе эксплуатации он будет перекачивать безводную нефть из межтрубного пространства скважины;

в случае выхода из строя одного из насосов дальнейшую эксплуатацию можно продолжить другим насосом, не поднимая насосного оборудования из скважины, в результате увеличивается межремонтный период скважин и уменьшаются потери нефти по причине простоя скважин в ожидании подземного ремонта;

повысить надежность работы электропогружного насоса на скважинах с высоким газовым фактором и низкими динамическими уровнями жидкости за счет отбора газа из межтрубного пространства скважины в колонну насосных труб с помощью совместной работы штангового и струйного насосов;

производить освоение скважины после проведения подземного ремонта штанговым насосом, что позволит на скважинах оборудованных электропогружными насосами, уменьшить количество повторных и преждевременных ремонтов, кроме этого, увеличить продолжительность срока службы и пригодность к ремонту электропогружного насоса.

Источники информации

1. Штанговая скважинная насосная установка. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. Г.В.Молчанов, А.Г.Молчанов. М.: Недра, 1984 г., cтр. 104-107.

2. Установка скважинного центробежного электронасоса. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. Г.В.Молчанов, А.Г.Молчанов. М.: Недра,1984 г., cтр. 246.

3. Двухступенчатый насос для эксплуатации скважин. a.c. N 183591, кл. E 21 В 43/00 (прототип). Официальный бюллетень Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР N 13, Москва, 1966 г., стр. 143.