установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов

Формула изобретения

Установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов, включающая колонну лифтовых труб, штанговый насос, пакер, хвостовик и дополнительный всасывающий клапан, расположенный на боковой стенке штангового насоса на уровне входного отверстия цилиндра, отличающаяся тем, что нижняя часть плунжера штангового насоса выполнена в виде усеченного конуса меньшим диаметром вниз, большим диаметром совпадающим с диаметром плунжера, длина конусной части плунжера выполнена с соблюдением конусности 1/50-1/70, а разность квадратов диаметров по торцам усеченного конуса меньше величины квадрата диаметра входного отверстия в цилиндре от дополнительного всасывающего клапана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным насосным установкам.

Известна насосная установка для раздельной эксплуатации двух пластов, содержащая два насоса и пакер, причем верхний насос перекачивает жидкость из обоих пластов (Р.А.Максутов, Б.Е.Доброскок, Ю.В.Зайцев. Одновременная раздельная эксплуатация многопластовых нефтяных месторождений. - М.: Недра, 1974, стр.84).

Недостатком установки является сложность конструкции и затрудненность реализации схемы установки.

Известна установка для раздельной эксплуатации двух пластов, содержащая пакер и один насос (Р.А.Максутов, Б.Е.Доброскок, Ю.В.Зайцев. Одновременная раздельная эксплуатация многопластовых нефтяных месторождений. - М.: Недра, 1974, стр.104), у которого перед всасывающим клапаном установлены штуцеры, сообщающиеся через соответствующие каналы с разными пластами.

Недостатками установки являются сложность конструкции, а также ненадежность регулирования производительности установки по пластам.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности является установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов, включающая колонну лифтовых труб, штанговый насос, пакер, хвостовик и дополнительный всасывающий клапан, размещенный на боковой стенке цилиндра штангового насоса (Патент РФ №2221136, кл. Е21В 43/14, опубл. 10.04.2004 - прототип).

Известная установка достаточно проста по конструкции. Недостатком установки является то, что при работе установки в момент прохождения плунжером дополнительного всасывающего клапана по причине различной напорной характеристики пластов создается гидроудар, приводящий к разрушению коллектора призабойной зоны, пескопроявлению, преждевременному износу и выходу из строя подземного оборудования скважины. При использовании насоса большого диаметра сила гидравлических ударов достигает значительной величины.

В изобретении решается задача ликвидации гидроудара при работе установки, и, как следствие, ликвидации пескопроявления и снижения ударных нагрузок на узлы и детали подземного оборудования скважины.

Задача решается тем, что в установке для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов, включающей колонну лифтовых труб, штанговый насос, пакер, хвостовик и дополнительный всасывающий клапан, расположенный на боковой стенке штангового насоса на уровне входного отверстий цилиндра, согласно изобретению нижняя часть плунжера штангового насоса выполнена в виде усеченного конуса меньшим диаметром вниз, большим диаметром, совпадающим с диаметром плунжера, длина конусной части плунжера выполнена с соблюдением конусности 1/50-1/70, а разность квадратов диаметров по торцам усеченного конуса меньше величины квадрата диаметра входного отверстия в цилиндре от дополнительного всасывающего клапана.

Сущность изобретения

В установке для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов пласты разделены пакером, а дополнительный всасывающий клапан, расположенный на боковой стенке цилиндра, сообщен с высоконапорным пластом. При движении плунжера вверх в цилиндр сначала поступает продукция низконапорного пласта, а потом, когда плунжер пройдет дополнительный всасывающий клапан, через него начнет поступать продукция высоконапорного пласта. Обычно раздельно эксплуатируют именно разные по напору пласты, т.к. в случае совместной эксплуатации высоконапорный пласт "задавливает" низконапорный пласт и, по сути, идет эксплуатация одного пласта с его дебитом. Поскольку забойное давление около него выше, чем у низконапорного, основной всасывающий клапан, сообщенный с низконапорным пластом, закроется перепадом давления. Поэтому в течение оставшегося хода плунжера в цилиндр поступает продукция только высоконапорного пласта. При прохождении плунжером дополнительного всасывающего клапана создается гидроудар, приводящий к разрушению коллектора призабойной зоны, пескопроявлению, преждевременному износу и выходу из строя подземного оборудования скважины. В изобретении решается задача ликвидации гидроудара при работе установки. Задача решается установкой, представленной на фиг.1-3

На фиг.1 показана установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов; на фиг.2 - конструкция установки для случая, когда высоконапорным является нижний пласт; на фиг.3 - конструкция нижней части плунжера штангового насоса.

Установка содержит колонну лифтовых труб 1, к которой присоединен цилиндр 2 штангового насоса с основным 3 и дополнительным 4 всасывающими клапанами. Внутри цилиндра 2 находится плунжер 5 с нагнетательным клапаном 6. К нижнему концу цилиндра 2 присоединен хвостовик 7 с пакером 8, установленным в эксплуатационной колонне 9 в интервале между высоконапорным 10 и низконапорным 11 продуктивными пластами.

На фиг.2 дополнительный клапан 4 сообщен каналом 12 с полостью хвостовика 7, а всасывающий клапан 3 - каналом 13 с межтрубным пространством выше пакера 8.

На фиг.3 показан плунжер 5, нижняя часть которого выполнена в виде усеченного конуса меньшим диаметром d вниз и большим диаметром D, совпадающим с диаметром плунжера 5 и длиной конусной части L.

Установка работает следующим образом.

При движении плунжера 5 вверх всасывающий клапан 3 открывается и жидкость из низконапорного пласта 11 через перфорационные каналы в эксплуатационной колонне 9 под действием забойного давления Р1 поступает в полость цилиндра 2 штангового насоса, при этом боковой дополнительный всасывающий клапан 4 перекрыт плунжером 5 или находится выше плунжера 5 и закрыт перепадом давления. После прохождения плунжером 5 бокового дополнительного всасывающего клапана 4 последний открывается, т.к. забойное давление Р2>Р1, а основной клапан 3 под действием этого же перепада давления закрывается. За счет конусной части плунжера 5 происходит постепенное и плавное открывание отверстия 14 в цилиндре 2 от дополнительного всасывающего клапана 4. При этом за счет дросселирования жидкости в кольцевом зазоре между цилиндром 2 и конусной части плунжера 5, повышается давление в цилиндре 2, растягиваясь во времени, и импульсы давления сглаживаются. Длина конусной части L плунжера 5 определяется по формуле:

L=(D-d)/К,

где D - диаметр плунжера; d - диаметр нижнего торца усеченного конуса; К - конусность (отношение разности радиусов верхнего и нижнего оснований усеченного конуса к его длине) определяется опытным путем и составляет 1/50-1/70.

Кроме этого, d выбирается из неравенства D²-d² <d² _от или d ²<D²-d² _от и является также непременным условием обеспечения необходимого расхода жидкости в кольцевом зазоре, обуславливающим сглаживание гидравлических ударов в цилиндре 2 при прохождении усеченного конуса во входном отверстии 14.

При дальнейшем движении плунжера 5 вверх в полость цилиндра 2 поступает жидкость только из высоконапорного пласта 10. При достижении верхней точки плунжер 5 меняет направление движения, жидкость перетекает через нагнетательный клапан 6 из подплунжерной полости цилиндра в надплунжерную. После достижения плунжером 5 нижней точки цикл повторяется.

За счет того что дополнительный всасывающий клапан 4 размещен в точке, делящей цилиндр 2 по длине пропорционально заданным дебитам пластов, а диаметр насоса подбирают таким, чтобы обеспечить эти дебиты, насос выдает сумму заданных дебитов. Дебиты задают оптимальными по результатам раздельной пробной эксплуатации каждого из пластов.

В случае если более высоконапорным является нижний пласт, то конструкция установки немного меняется (фиг.2). Работает установка точно так же, как и в первом случае, и в соответствии с описанием прототипа.

Установка позволяет одновременно эксплуатировать два разнонапорных пласта, каждый в своем оптимальном режиме, обеспечить на выходе из насоса суммарный оптимальный дебит двух пластов без гидроудара.