способ закрытия клапана-отсекателя при извлечении электроцентробежного насоса из фонтанной скважины и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ закрытия клапана-отсекателя при извлечении электроцентробежного насоса из фонтанной скважины, включающий приведение в действие запорного узла клапана-отсекателя, разгерметизацию устья скважины и подъем колонны насосно-компрессорных труб вместе с электроцентробежным насосом, нижняя часть которого соединена с толкателем, отличающийся тем, что приведение в действие запорного узла клапана-отсекателя осуществляют при загерметизированном устье скважины и неподвижной колонне насосно-компрессорных труб по команде с поверхности путем создания давления внутри колонны насосно-компрессорных труб для перемещения вверх электроцентробежного насоса, нижняя часть которого соединена с толкателем, с помощью силового цилиндра из положения, обеспечивающего сообщение продуктивного пласта с полостью скважины в положение, при котором отключается продуктивный пласт от полости скважины, затем разгерметизируют устье скважины и поднимают колонну насосно-компрессорных труб вместе с электроцентробежным насосом, нижняя часть которого соединена с толкателем.

2. Устройство для закрытия клапана-отсекателя при извлечении электроцентробежного насоса из фонтанной скважины, спускаемое на колонне насосно-компрессорных труб и включающее соединенный с нижней частью электроцентробежного насоса толкатель, подвижный шток с проходным сечением, обеспечивающим прохождение откачиваемой жидкости, и фиксатор подвижного штока, отличающееся тем, что оно снабжено перепускным клапаном и дополнительно содержит поршни, расположенные на подвижном штоке, фиксатор верхнего положения подвижного штока и бросовый запорный элемент, образующие силовой цилиндр, причем подвижный шток соединен с электроцентробежным насосом, а в верхнем зафиксированном положении подвижный шток взаимодействует с запорным узлом перепускного клапана, открывая его отверстия, сообщающие внутреннюю полость насосно-компрессорных труб с полостью скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при ремонте фонтанных скважин, оборудованных электроцентробежными насосами.

Глушение скважин при капитальном ремонте приводит к снижению их дебита. Проблема замены электроцентробежного (ЭЦН) насоса без глушения фонтанной скважины решается установкой над продуктивным пластом пакера-гильзы с клапаном-отсекателем (а. с. 832378, а.с. 697684, а.с. 1010255), запорный узел которого управляется гидростатическим давлением жидкости, расположенной над пакером. Но так как функциональные узлы клапана-отсекателя при длительной работе в агрессивной среде изменяют свои расчетные характеристики, то надежность таких узлов низка. Поэтому во многих случаях перед разгерметизацией устья скважины приходится ее глушить раствором, который оказывает отрицательное влияние на фильтрационную характеристику призабойной зоны скважины, в результате чего снижается ее дебит.

Существует более надежный способ закрытия запорного узла клапана-отсекателя, заключающийся в том, что нормально закрытый пружиной клапан-отсекатель открывают толкателем, установленным на нижнем конце ниппеля, спускаемого на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) (патент РФ 2094593). Это дает возможность не глушить скважину раствором перед разгерметизацией устья. Такой способ приемлем для нагнетательных скважин и может использоваться в скважинах, оборудованных скважинными насосами. А применить его для закрытия запорного узла клапана-отсекателя в фонтанных скважинах, где используется ЭЦН, невозможно в связи с особенностью конструкции этого насосного агрегата, в котором электродвигатель расположен ниже центробежного насоса, а забор жидкости осуществляется из полости скважины. Наличие ниппеля в данном случае не решает проблему разгерметизации устья скважины перед подъемом ЭЦН, т.к. при неподвижной колонне НКТ полость скважины связана с продуктивным пластом через открытый клапан-отсекатель, а подъем НКТ и ЭЦН можно осуществить только при разгерметизированном устье скважины.

Известен отсекатель для колонны НКТ (RU 2049225, Е 21 В, 34/06,1995), работа которого раскрывает способ закрытия клапана-отсекателя при извлечении вставного штангового насоса из фонтанной скважины, включающий приведение в действие запорного узла клапана-отсекателя путем перемещения колонны насосных штанг, разгерметизацию НКТ и подъем насосных штанг вместе со вставным насосом, нижняя часть которого соединена с толкателем. Этот способ является наиболее близким к предложенному.

Однако применить его для закрытия клапана-отсекателя при использовании ЭЦН не представляется возможным, так как в отличие от штанговых насосов, где внутренняя полость НКТ загерметизирована устьевым сальником с возможностью перемещения штанг, устьевая фонтанная арматура для эксплуатации ЭЦН не предусматривает устьевого сальникового устройства, поэтому перемещение НКТ без разгерметизации устья скважины невозможно.

Эту проблему решает предложенный способ закрытия клапана-отсекателя при извлечении ЭЦН из фонтанной скважины, включающий приведение в действие запорного узла клапана-отсекателя, разгерметизацию устья скважины и подъем НКТ вместе с ЭЦН, нижняя часть которого соединена с толкателем, отличающийся тем, что приведение в действие запорного узла клапана-отсекателя осуществляют при загерметизированном устье скважины и неподвижной колонне НКТ по команде с поверхности путем создания давления внутри НКТ для перемещения вверх ЭЦН, соединенного с толкателем с помощью силового цилиндра из положения, обеспечивающего сообщение продуктивного пласта с полостью скважины, в положение, при котором отключается продуктивный пласт от полости скважины, затем разгерметизируют устье скважины и поднимают колонну НКТ вместе с электроцентробежным насосом.

Известны устройства, с помощью которых можно создавать усилия, направленные вверх относительно колонны НКТ, например скважинный гидродомкрат (патент РФ 2102578, Е 21 В), состоящий из силовых цилиндров и расположенных в них поршней, перемещающихся вверх под действием давления, создаваемого внутри колонны НКТ. Однако применить этот гидродомкрат для подъема ЭЦН с толкателем с целью открытия клапана-отсекателя при эксплуатации ЭЦН не представляется возможным, т.к. через него нельзя прокачивать на поверхность жидкость, следовательно, невозможна работа ЭЦН.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является отсекатель для колонны НКТ (RU 2049225), который используется в нефтяной промышленности и служит для перекрытия НКТ при ремонте скважин без их глушения. Это устройство, спускаемое на колонне НКТ, включает толкатель, соединенный с нижней частью вставного штангового насоса, подвижный шток с проходным сечением, обеспечивающим прохождение откачиваемой жидкости, и фиксатор подвижного штока. Однако его нельзя применить для закрытия клапана-отсекателя при подъеме ЭЦН, потому что в нем толкатель, осуществляющий перемещение подвижного штока из положения, когда клапан-отсекатель закрыт, в положение, когда он открыт, поднимается с поверхности путем поднятия колонны насосных штанг при загерметизированном устье скважины, а это при подъеме ЭЦН осуществить невозможно.

Для решения этой проблемы предлагается устройство для закрытия клапана-отсекателя при извлечении ЭЦН из фонтанной скважины, спускаемое на колонне НКТ и включающее толкатель, соединенный с нижней частью ЭЦН, подвижный шток с проходным сечением, обеспечивающим прохождение окачиваемой жидкости, и фиксатор подвижного штока, отличающееся тем, что оно снабжено перепускным клапаном и дополнительно содержит поршни, расположенные на подвижном штоке, фиксатор верхнего положения подвижного штока и бросовый запорный элемент, образующие силовой цилиндр, причем подвижный шток соединен с ЭЦН, а в верхнем зафиксированном положении подвижный шток взаимодействует с запорным узлом перепускного клапана, открывая его отверстия, сообщающие внутреннюю полость НКТ с полостью скважины.

На фиг. 1 и 2 показана схема осуществления способа закрытия клапана-отсекателя, а на фиг. 3 и 4 изображено устройство, с помощью которого выполняется данная операция. На фиг. 1 изображена компоновка внутри скважинного оборудования работающей фонтанной скважины, которое включает колонну НКТ 1, перепускной клапан 2, силовой цилиндр 3, центробежный насос 4, электродвигатель этого насоса 5, толкатель 6, пакер-гильзу 7, запорный узел клапана-отсекателя 8.

На фиг. 2 показано расположение внутрискважинного оборудования остановленой скважины с поднятым ЭЦН и закрытым клапаном-отсекателем.

На фиг. 3 изображено устройство для осуществления способа в транспортном положении. На фиг. 4 это же устройство в рабочем положении.

Устройство для подъема ЭЦН состоит из перепускного клапана 2 (фиг. 3), включающего запорный узел 9, силового цилиндра 10, внутри которого расположен подвижный шток 11 с расположенными на нем поршнями 12, узел фиксации верхнего положения штока 13, обоймы 14, фиксатора нижнего положения подвижного штока 15, срезной шпонки 16 и бросового запорного элемента 17.

Способ осуществляют следующим образом: останавливают скважину и через центральную задвижку фонтанной арматуры с помощью лубрикатора бросают в НКТ запорный элемент, например шар, и создают в них давление, под действием которого с помощью силового цилиндра при загерметизированном устье скважины и неподвижной колонне НКТ поднимают вверх центробежный насос 4 и его электродвигатель 5, нижняя часть которого соединена с толкателем 6. В результате этого приводится в действие запорный узел клапана-отсекателя из положения, когда он открыт и имеет место сообщение скважины с пластом, в положение, когда этот клапан закрыт и сообщение скважины с пластом отсутствует, затем разгерметизируют устье скважины и поднимают на поверхность колонну НКТ вместе с силовым цилиндром и ЭЦН.

Устройство работает следующим образом. При спуске ЭЦН в скважину в компоновку НКТ над ЭЦН включают силовой цилиндр, подвижный шток которого 11 зафиксирован относительно корпуса обоймой 14 и шаром 15. Подвижный шток жестко связан с ЭЦН, а корпус силового цилиндра 10 с колонной НКТ, следовательно, при спуске ЭЦН и открытии клапана-отсекателя исключается возможность его перемещения. При работе ЭЦН приходное сечение подвижного штока обеспечивает прохождение откачиваемой жидкости.

При создании давления в НКТ возникает усилие на обойме 14, действующее вниз, а на поршнях 12 - действующее вверх. В результате этого срезается шпонка 16 и обойма 14 перемещается вниз, освобождая шар 15, в результате чего подвижный шток 11 перемещается вверх и поднимает ЭЦН.

В крайнем верхнем положении шток 11 фиксируется фиксатором 13 и одновременно перемещает вверх запорный узел 9 перепускного клапана 2, в результате чего открываются его оверстия, соединяющие внутреннюю полость НКТ со скважиной. При этом в них падает давление, свидетельствующее о том, что ЭЦН поднят на нужную высоту и клапан-отсекатель находится в закрытом состоянии.

В отличие от других способов закрытия запорного узла клапана-отсекателя, например от гидростатического, предложенный способ дает возможность использовать более надежные управляемые клапаны-отсекатели, следовательно, расширяется область использования технологии смены ЭЦН без глушения фонтанных скважин.