способ эксплуатации скважинных насосов с автоматическим поддержанием в скважине заданного динамического уровня откачиваемой жидкой среды (варианты)

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации скважинных насосов с автоматическим поддержанием в скважине заданного динамического уровня откачиваемой жидкой среды, заключающийся в том, что на колонне насосно-компрессорных труб в скважине в зоне пласта устанавливают скважинный погружной насос и посредством последнего производят откачку из скважины жидкой среды, отличающийся тем, что при компоновке и спуске в скважину колонны насосно-компрессорных труб на последней выше погружного насоса устанавливают одну над другой две скважинные камеры, а после спуска колонны труб в скважину перед началом откачки из скважины добываемой из пласта жидкой среды в нижней скважинной камере устанавливают выполненный в виде клапана регулятор динамического уровня откачиваемой из скважины жидкой среды, а в верхней скважинной камере устанавливают выполненный в виде клапана регулятор давления в затрубном по отношению к колонне насосно-компрессорных труб пространстве, откачку из скважины жидкой среды, например нефти, ведут с закрытым со стороны устья скважины затрубным пространством, при этом давление срабатывания регуляторов устанавливают таким образом, чтобы в момент открытия регулятора динамического уровня давление в полости насосно-компрессорных труб в точке его установки было выше давления в затрубном пространстве скважины в этой же точке, но не ниже минимально допустимого по условиям эксплуатации давления на забое скважины, а давление в полости насосно-компрессорных труб в момент открытия регулятора давления ниже давления в затрубном пространстве скважины в этой же точке.

2. Способ эксплуатации скважинных насосов с автоматическим поддержанием в скважине заданного динамического уровня откачиваемой жидкой среды, заключающийся в том, что на колонне насосно-компрессорных труб в скважине в зоне пласта устанавливают скважинный погружной насос и посредством последнего производят откачку из скважины жидкой среды, отличающийся тем, что при компоновке и спуске в скважину колонны насосно-компрессорных труб на последней выше погружного насоса устанавливают скважинную камеру, а после спуска колонны труб в скважину перед началом откачки из скважины добываемой из пласта жидкой среды в скважинной камере устанавливают выполненный в виде клапана регулятор динамического уровня откачиваемой из скважины жидкой среды, а устье скважины подключают к выполненному в виде клапана регулятору давления в затрубном по отношению к колонне насосно-компрессорных труб пространстве скважины с возможностью сброса избытка давления из затрубного пространства скважины в сеть сбора откачиваемой из скважины жидкой среды, затем производят откачку из скважины жидкой среды, например нефти, при этом давление срабатывания регуляторов устанавливают таким образом, чтобы в момент открытия регулятора динамического уровня давление в полости насосно-компрессорных труб в точке его установки было выше давления в затрубном пространстве скважины в этой же точке, но не ниже минимально допустимого по условиям эксплуатации давления на забое скважины, а давление в сети сбора откачиваемой из скважины жидкой среды в момент открытия регулятора давления ниже давления в затрубном пространстве скважины в точке установки на устье скважины регулятора давления в затрубном пространстве скважины.

Описание изобретения к патенту

Способ эксплуатации скважинных насосов с автоматическим поддержанием в скважине заданного динамического уровня откачиваемой жидкой среды (варианты).

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для добычи нефти.

Известны способы эксплуатации скважин погружными насосными агрегатами, где для подъема жидкости используют штанговые скважинные насосные установки или установки скважинного центробежного электронасоса (Ш.К. Гиматудинов, Р.С. Андриасов, И. Т. Мищенко и др. “Справочник по добыче нефти”. -М., Недра, 1983, с. 132-199; 244-246)

При добыче нефти насосным способом, он спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) и приводится в действие колонной насосных штанг в случае использования штанговой установки или электроэнергией, подаваемой по кабелю с земной поверхности, в случае использования скважинного центробежного электронасоса.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ эксплуатации скважинного насоса, описанный в “устройстве для подъема газированной жидкости из скважины”, заключающийся в том, что на колонне насосно-компрессорных труб в скважине в зоне пласта устанавливают скважинный погружной насос и посредством последнего производят откачку из скважины жидкой среды (патент СССР №1825544, кл. F 04 F 5 / 54, 1988).

Недостатком данного способа является то, что, в случае, когда производительность скважинного насоса превышает объем пластовой жидкости, поступающей в скважину, это приводит к падению динамического уровня, связанного с уровнем жидкости давления на приеме насоса и остановке его, следствием чего является низкий межремонтный период работы и связанные с этим большие затраты на проведение текущего ремонта скважины и потери в добыче нефти из-за простоев.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является автоматическое поддержание заданного динамического уровня откачиваемой жидкой среды в насосной скважине и, как следствие, увеличение межремонтного периода ее работы.

Указанная задача решается за счет того, что способ эксплуатации скважинных насосов с автоматическим поддержанием в скважине заданного динамического уровня откачиваемой жидкой среды заключается в том, что на колонне насосно-компрессорных труб в скважине в зоне пласта устанавливают скважинный погружной насос и посредством последнего производят откачку из скважины жидкой среды, при этом при компоновке и спуске в скважину колонны насосно-компрессорных труб на последней выше погружного насоса устанавливают одну над другой две скважинные камеры, а после спуска колонны труб в скважину перед началом откачки из скважины добываемой из пласта жидкой среды в нижней скважинной камере устанавливают выполненный в виде клапана регулятор динамического уровня откачиваемой из скважины жидкой среды, а в верхней скважинной камере устанавливают выполненный в виде клапана регулятор давления в затрубном по отношению к колонне насосно-компрессорных труб пространстве, откачку из скважины жидкой среды, например нефти, ведут с закрытым со стороны устья скважины затрубным пространством, при этом давление срабатывания регуляторов устанавливают таким образом, чтобы в момент открытия регулятора динамического уровня давление в полости насосно-компрессорных труб в точке его установки было выше давления в затрубном пространстве скважины в этой же точке, но не ниже минимально допустимого по условиям эксплуатации давления на забое скважины, а давление в полости насосно-компрессорных труб в момент открытия регулятора давления ниже давления в затрубном пространстве скважины в этой же точке.

В другом варианте указанная выше задача решается за счет того, что способ эксплуатации скважинных насосов с автоматическим поддержанием в скважине заданного динамического уровня откачиваемой жидкой среды заключается в том, что на колонне насосно-компрессорных труб в скважине в зоне пласта устанавливают скважинный погружной насос и посредством последнего производят откачку из скважины жидкой среды, при этом при компоновке и спуске в скважину колонны насосно-компрессорных труб на последней выше погружного насоса устанавливают скважинную камеру, а после спуска колонны труб в скважину перед началом откачки из скважины добываемой из пласта жидкой среды в скважинной камере устанавливают выполненный в виде клапана регулятор динамического уровня откачиваемой из скважины жидкой среды, а устье скважины подключают к выполненному в виде клапана регулятору давления в затрубном по отношению к колонне насосно-компрессорных труб пространстве скважины с возможностью сброса избытка давления из затрубного пространства скважины в сеть сбора откачиваемой из скважины жидкой среды, затем производят откачку из скважины жидкой среды, например нефти, при этом давление срабатывания регуляторов устанавливают таким образом, чтобы в момент открытия регулятора динамического уровня давление в полости насосно-компрессорных труб в точке его установки было выше давления в затрубном пространстве скважины в этой же точке, но не ниже минимально допустимого по условиям эксплуатации давления на забое скважины, а давление в сети сбора откачиваемой из скважины жидкой среды в момент открытия регулятора давления ниже давления в затрубном пространстве скважины в точке установки на устье скважины регулятора давления в затрубном пространстве скважины.

Как показали проведенные исследования, путем перепуска части откачиваемой из скважины жидкой среды и поддержания заданного давления в затрубном пространстве скважины удается добиться стабильной работы скважинных насосов, особенно в случае нестабильного притока откачиваемой жидкой среды из пласта.

В случае использования в качестве регуляторов давления и динамического уровня клапанов, которые имеют камеру сжатого газа с узлом зарядки для задания требуемого расчетного давления срабатывания, условия работы могут быть определены следующим образом.

Условия работы регулятора динамического уровня и давление зарядки выбирают, исходя из следующего выражения:

Р_зар.=Р_откр1.=P_тр1.R+Р_зат. (1-R),

где Р_зар. - давление зарядки сильфонной камеры регулятора динамического уровня, кг/м²;

Р_откр1. - давление открытия регулятора динамического уровня, кг/м²;

Р_тр1. - давление в НКТ в точке установки регулятора динамического уровня, кг/м;

Р_зат. - давление в затрубном пространстве скважины в точке установки регулятора динамического уровня, кг/м²;

R - отношение площади проходного сечения седла к эффективной площади сильфонной камеры регулятора динамического уровня.

Глубину установки регулятора динамического уровня выбирают исходя из условия, чтобы в момент его открытия соблюдалось неравенство P_тр1.>Р_зат..

Условия работы регулятора давления в затрубном пространстве и давление открытия выбирают исходя из следующего выражения:

Р_откр2.=Р_тр2.+Р_рд.,

где Р_откр2. - давление открытия регулятора давления в затрубном пространстве, кг/м²;

Р_тр2. - давление в НКТ в точке установки регулятора давления в затрубном пространстве, кг/м²;

Р_рд. - перепад давления обусловленный разностью давлений в затрубном пространстве, скважины и в НКТ в точке установки регулятора давления, кг/м².

При этом должно выполняться условие Р_зат.>Р_тр2. в момент открытия регулятора давления.

Между собой давления открытия регулятора динамического уровня и регулятора давления в затрубном протранстве связаны следующей зависимостью:

Р_откр1>Р_откр2+ g(H₁-Н_2дин.),

где Р_откр1 - давление открытия стабилизатора динамического уровня, кг/м;

Р_откр2 - давление открытия регулятора давления, кг/м²;

H₁ - высота столба жидкости в месте установки регулятора динамического уровня, м;

H₂ - высота столба жидкости в месте установки регулятора в затрубном пространстве, м;

g(H₁-Н_2дин.), - давление столба жидкости в затрубном пространстве скважины над регулятором динамического уровня, где - плотность жидкости, кг/м³, g - ускорение свободного падения, м/с².

Эта же функция будет выполняться в случае установки регулятора давления в затрубном пространстве на устье скважины.

На фиг.1 представлена схема скважинной насосной установки для осуществления описываемого способа эксплуатации скважинных насосов с автоматическим поддержанием заданного динамического уровня откачиваемой жидкой среды с двумя камерами на колонне насосно-компрессорных труб, на фиг.2 - схема установки с регулятором давления в затрубном пространстве, установленном на устье скважины.

Скважинная насосная установка содержит:

1 - эксплуатационная колонна;

2 - колонна насосно-компрессорных труб (НКТ);

3 - скважинная камера с регулятором давления в затрубном пространстве скважины;

4 - скважинная камера с регулятором динамического уровня откачиваемой жидкой среды;

5 - скважинный погружной насос;

6 - регулятор давления в затрубном пространстве, установленный на устье скважины.

Способ реализуется следующим образом:

После спуска скважинного погружного насоса 5 на колонне НКТ 2 со скважинными камерами 3; 4 в эсплуатационную колонну 1 скважины, его запускают в работу для откачки жидкости глушения. После отбора жидкости глушения в полном объеме и ее утилизации, с помощью канатной техники в скважинные камеры 3 и 4 устанавливают регулятор давления в затрубном пространстве скважины и регулятор динамического уровня соответственно.

Закрывают со стороны устья скважины затрубное пространство скважины и скважинный погружной насос 5 запускают в работу. В первый период работы, когда приток жидкости из продуктивного пласта и номинальная производительность скважинного погружного насоса не согласованы, т.е. его производительность выше чем приток из пласта, динамический уровень жидкости в скважине начинает снижаться и, когда он достигает критической точки, открывается регулятор динамического уровня в скважинной камере 4 и часть жидкости из колонны НКТ 2 перетекает в затрубное пространство скважины, компенсируя снижение динамического уровня откачиваемой жидкой среды и даже обеспечивая его рост. Когда рост динамического уровня достигнет расчетной величины и обеспечит заданное давление в точке установки регулятора динамического уровня, то он закрывается и, соответственно, прекращается переток откачиваемой жидкой среды из колонны НКТ в затрубное пространство.

При необходимости цикл автоматически повторяется.

Регулятор давления в затрубном пространстве скважины в скважинной камере 3 препятствует фонтанированию откачиваемой жидкой среды по затрубному пространству скважины, вызываемому высоким газосодержанием в откачиваемой жидкой среде в результате работы газосепаратора скважинного погружного насоса 5. Так как скважину эксплуатируют с закрытым затрубным пространством, регулятор давления 3 при определенных условиях сбрасывает избыток давления из кольцевого затрубного пространства скважины в колонну НКТ 2.

Регулятор давления в затрубном пространстве скважины 3 может быть использован для дополнительного инжектирования жидкости в колонну НКТ 2 в случае, когда приточная характеристика пласта выше производительности скважинного погружного насоса 5 и динамический уровень жидкости поднимается выше места установки регулятора давления 3.

Эта же функция будет выполняться в случае установки регулятора давления в затрубном пространстве 6 на устье скважины в соответствии со вторьм вариантом способа эксплуатации скважинных насосов.

Таким образом, заявленный способ более эффективен и экономичен по сравнению со способом прототипа и обеспечивает более плавный, мягкий вывод на оптимальный режим работы скважинного погружного насоса в начальный период его работы и обеспечивает его устойчивую работу, автоматически поддерживая заданный динамический уровень откачиваемой жидкой среды, что ведет к более длительному межремонтному периоду работы скважинного погружного насоса и, как правило, к более полной выработке запасов из призабойной зоны скважины.