устройство откачки газа из затрубного пространства скважин

Формула изобретения

Устройство откачки газа из затрубного пространства скважин, оборудованных станками-качалками, включающее цилиндр, поршень, связанный с балансиром станка-качалки, рабочие камеры, образуемые поршнем и тыльной его стороной со стенками цилиндра, всасывающий газопровод с клапаном, соединяющий цилиндр с затрубным пространством скважины и нагнетательный газопровод с клапаном, отличающееся тем, что оно содержит дополнительные всасывающие и нагнетательные газопроводы с клапанами и байпасные, по отношению к клапанам, газопроводы с запорными устройствами, при этом дополнительные всасывающие и нагнетательные газопроводы герметично соединяют часть цилиндра, ограниченную его стенками и тыльной стороной поршня, с всасывающими и нагнетательными газопроводами для сообщения обеих рабочих камер.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к установкам механизированной добычи газонефтяной смеси из скважин.

Известна установка откачки газа, выделяющегося из нефти в результате сепарации на индивидуальных замерных установках вблизи скважин или в другой сепарационной емкости, например в затрубном пространстве скважин, включающая компрессор, газопроводы, соединяющие сепарационную емкость (затрубное пространство нефтедобывающих скважин) с компрессором (см. книгу: Бараз В. И. Сбор, подготовка и транспортирование нефтяного газа: Справочник рабочего. - М. : Недра, 1987, 260 с., стр. 37-39). Установка обеспечивает отбор углеводородного газа с целью последующей его утилизации и снижение давления на забое скважин для увеличения притока нефти из пласта.

Недостатком установки являются значительные материальные затраты на прокладку сети газопроводов от скважин к компрессору, обычно расположенному на центральном пункте сбора нефти, и связанная с этим ограниченность применения установки в случае значительной удаленности скважин от сборного пункта, а также дополнительные энергетические затраты для работы привода компрессора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство откачки газа из затрубного пространства скважин, включающее цилиндр, поршень, рабочие камеры, образуемые поршнем и тыльной его стороной со стенками цилиндра, всасывающий газопровод с клапаном, соединяющий цилиндр с затрубным пространством скважины и нагнетательный газопровод с клапаном (см. патент РФ N 2102584, кл. E 21 B 43/00, 20.01.98).

Данное устройство также позволяет увеличить добычу нефти за счет снижения забойного давления путем откачки газа из затрубного пространства скважины. При этом достигается экономия материальных затрат, поскольку нет необходимости прокладывать специальные газопроводы, а затрубный газ транспортируют по существующему нефтепроводу. Кроме того, для откачки и сжатия газа используется существующая мощность двигателя станка-качалки.

Недостатком известного устройства является ограниченность его применения, связанная с тем, что газовая сила, создаваемая устройством откачки газа при сжатии газа (равная произведению давления в рабочей камере на площадь поршня), дополнительно воздействует на шатун, редуктор и двигатель станка-качалки. В результате, если газовая сила превышает допустимые для данного станка-качалки значения, то устройство откачки газа неприменимо и, следовательно, снижение забойного давления и увеличение дебита на такой скважине недостижимо.

Решаемая техническая задача состоит в том, что необходимо создать такое устройство откачки газа из затрубного пространства скважин, которое бы при минимальных затратах на реконструкцию имеющихся в промышленности технологических схем, обеспечивало бы эффективную откачку газа из затрубного пространства скважин, снижение забойного давления и увеличение дебита в более широком диапазоне нефтедобывающих скважин, оборудованных станками-качалками.

Целью предлагаемого устройства является увеличение добычи нефти за счет расширения условий применимости устройства откачки газа из затрубного пространства скважин.

Поставленная цель достигается описываемым устройством откачки газа из затрубного пространства скважин, оборудованных станками-качалками, включающим цилиндр, поршень, связанный с балансиром станка-качалки, рабочие камеры, образуемые поршнем и тыльной его стороной со стенками цилиндра, всасывающий газопровод с клапаном, соединяющий цилиндр с затрубным пространством скважины и нагнетательный газопровод с клапаном.

Новым является то, что устройство содержит дополнительные всасывающие и нагнетательные газопроводы с клапанами и байпасные по отношению к клапанам газопроводы с запорными устройствами, при этом дополнительные всасывающие и нагнетательные газопроводы герметично соединяют часть цилиндра, ограниченную его стенками и тыльной стороной поршня, с всасывающими и нагнетательными газопроводами для сообщения обеих рабочих камер.

Из доступных источников патентной и научно-технической литературы нам неизвестна заявленная совокупность отличительных признаков. Следовательно, предлагаемое устройство отвечает критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена принципиальная технологическая схема устройства откачки газа в совокупности с его приводом - станком-качалкой и подсоединенной к нему скважиной; на фиг. 2 подробно изображен фрагмент I схемы, представленной на фиг. 1, представляющий устройство откачки газа.

Устройство откачки газа содержит: цилиндр 1, устанавливаемый на раму станка-качалки 2, поршень 3, рабочую камеру 4, образуемую поршнем 3 со стенками цилиндра 1, рабочую камеру 5, образуемую тыльной стороной поршня 3 и стенками цилиндра 1, шток 6 поршня, связанный с балансиром 7 станка-качалки, всасывающий газопровод 8 с клапаном 9, соединяющий цилиндр 1 с затрубным пространством 10 скважины 11, нагнетательный газопровод 12 с клапаном 13, соединяющий цилиндр 1 с выкидной линией 14 скважины 11, дополнительный газопровод 15 с клапаном 16, соединяющий рабочую камеру 5 с всасывающим газопроводом 8, дополнительный газопровод 17 с клапаном 18, соединяющий рабочую камеру 5 с нагнетательным газопроводом 12, байпасные по отношению к клапанам 16 и 18 газопроводы соответственно 19 и 20 с запорными устройствами (например, кранами, задвижками) на них 21 и 22.

Устройство работает следующим образом.

При установке устройства откачки газа на заднем плече балансира запорное устройство 21 закрыто, а запорное устройство 22 - открыто. При движении головки балансира 7 вверх нефть из скважины 11 поступает в выкидную линию 14. Одновременно с этим поршень 3 установки откачки газа движется вниз и сжимает газ в рабочей камере 4, в результате газ через клапан 13 по дополнительному газопроводу 17 и байпасному газопроводу 20 через запорное устройство 22 поступает в рабочую камеру 5, при этом часть газа поступает в выкидную линию 14. При этом нагрузка на станок-качалку (шатун, редуктор и электродвигатель) не возрастает в отличие от известного устройства, так как в рабочих камерах 4 и 5 за счет равных давлений в них возникают газовые силы, приблизительно равные по величине и противоположно направленные (F_г4= P_г4S₄, F_г5= P_г5 S₅, F_г4F_г5, так как S₄ S₅, где F_г4, P_г4, S₄ и F_г5, P_г5, S₅ - газовая сила, давление и площадь поршня в камерах соответственно 4 и 5. Площадь S₅ составляет 90-95% от площади S₄).

При ходе головки балансира 7 вниз газ в рабочей камере 5 сжимается и подается на газопровод 17, проходит по байпасному газопроводу 20 через открытое запорное устройство 22 и поступает в выкидную линию 14. При этом работа по сжатию газа в рабочей камере 5 осуществляется за счет веса штанг, увлекающих головку балансира вниз, и газовой силы, возникающей в камере 4 давлением газа, равного давлению в затрубном пространстве скважины, то есть при сжатии газа и подаче его в выкидную линию дополнительные нагрузки на станок-качалку не возникают и не требуется дополнительная мощность электродвигателя. Кроме того, при сжатии газа на шток поршня действуют растягивающие силы, что исключает заклинивание поршня в цилиндре в отличие от известного устройства, у которого шток работает на изгиб.

При размещении устройства откачки газа на переднем плече балансира запорное устройство 21 открыто, а запорное устройство 22 - закрыто. При движении головки балансира 7 вверх давления в обеих камерах сжатия 4 и 5 приблизительно равны, поскольку они сообщаются через байпасный 19, дополнительный 15 и всасывающий 8 газопроводы, поэтому дополнительная нагрузка на элементы станка-качалки при подъеме жидкости отсутствует. При движении головки балансира вниз газ сжимается в камере 4 и подается в выкидную линию 14. В результате, как при переднем, так и заднем размещении предлагаемое устройство позволяет управлять потоками газа таким образом, что дополнительная нагрузка на детали и электродвигатель станка-качалки сводится к минимуму, в отличие от известного устройства, что расширяет возможности применения предлагаемого устройства и, соответственно, позволяет увеличить дебит нефти на большем числе скважин. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет 2-кратно увеличить объем откачиваемого газа на скважинах с высоким газовым фактором нефти при закрытых задвижках 21 и 22, что обеспечивает большее снижение давления в затрубном пространстве скважины и увеличение дебита.

Пример конкретного выполнения.

Устройство откачки газа с диаметром цилиндра 200 мм размещено на заднем плече балансира станка-качалки СК-8. Максимальная нагрузка на головку балансира (при ее ходе вверх) равна 65 кН, то есть близка к предельной нагрузке 80 кН. Давление в выкидной линии 14 -1,2 МПа. Запорное устройство 21 закрыто, запорное устройство 22 открыто. При ходе головки балансира вверх, когда нагрузка на шатун, редуктор и электродвигатель максимальна, происходит переток газа из камеры 4 в камеру 5, работа сжатия при этом не производится и дополнительные нагрузки на элементы станка-качалки отсутствуют. При ходе головки балансира вниз происходит сжатие газа в камере 5 до давления 1,2 МПа и нагнетание его в выкидную линию 14, при этом работа сжатия осуществляется за счет веса штанг и давления газа в камере 4, равного давлению в затрубном пространстве скважины 0,25 МПа.

Результаты испытания известного и предлагаемого устройств приведены в таблице.

Из таблицы видно, что при использовании предлагаемого устройства дебит нефти больше на 28%, чем при известном устройстве за счет создания меньшего давления в затрубном пространстве (0,25 МПа против 0,32 МПа), что обеспечивается применением устройства с цилиндром большего диаметра (200 мм против 176 мм) без нарушения работы станка-качалки. Использование известного устройства с таким же диаметром цилиндра, что и у предлагаемого (200 мм) невозможно, так как газовая сила, дополнительно действующая на элементы станка-качалки, превышает допустимую (33,2 кН против 30 кН). Таким образом, предлагаемое устройство применимо на скважинах, на которых использование известного устройства дает меньший эффект или невозможно.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства складывается из прибыли от увеличения добычи нефти и расширения области применимости устройства откачки газа из затрубного пространства скважин с индивидуальным приводом от балансира станка-качалки.