установка скважинная штанговая насосная с насосом двойного действия

Формула изобретения

1. Установка скважинная штанговая насосная с насосом двойного действия для скважины с обсадной колонной, двумя вскрытыми пластами и пакером, расположенным между вскрытыми пластами, содержащая поршень, цилиндр с нижним нагнетательным клапаном, верхним и нижним входными отверстиями с всасывающими клапанами, расположенными выше пакера и, соответственно, выше и ниже поршня, плунжером с верхним нагнетательным клапаном, выполненным, как и поршень, с возможностью возвратно-поступательного движения, колонну труб, на которой в скважину спущен штанговый насос, выход которого посредством колонны труб сообщен через верхний нагнетательный клапан с устьем скважины, а через нижний нагнетательный клапан - с подпакерным пространством, отличающаяся тем, что поршень выполнен с возможностью следования за плунжером вверх за счет перепада давления над этим поршнем и под этим поршнем до сообщения полости цилиндра с верхним входным отверстием для поступления через это отверстие нефти в полость цилиндра до тех пор, пока плунжер не остановится в крайнем верхнем положении, и последующего его перемещения вниз плунжером под действием веса колонны штанг до их крайнего нижнего положения, при этом при увеличении обводненности нефти предусмотрена возможность приспуска колонны штанг вниз, а при снижении обводненности - приподъема колонны штанг.

2. Установка скважинная штанговая насосная с насосом двойного действия по п.1, отличающаяся тем, что плунжер снизу оснащен штоком, вставленным в поршень с возможностью ограниченного возвратно-поступательного перемещения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин.

Известна установка скважинная штанговая насосная, состоящая из привода, колонны насосных штанг, скважинного насоса, вспомогательного подземного оборудования (фильтры, газовые и песочные якори), колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). При работе скважинного насоса, приводимого в действие приводом через колонну насосных штанг, жидкость по колонне НКТ поднимается к устью скважины, откуда поступает в систему сбора /А.Г.Молчанов, В.Л.Чичеров. "Нефтепромысловые машины и механизмы" Учебник для техникумов. 2-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983. - стр.34-37/.

Недостатком установки является то, что при использовании ее для отбора высокообводненной продукции значительно повышается себестоимость нефти, поскольку большая часть электроэнергии тратится на подъем воды, ее утилизацию, сепарирование, подготовку, перекачку по трубопроводам и закачку обратно в пласт.

Известна «Насосная система двойного действия» (патент US № 5497832, кл. E21B 43/38, E21B 43/40 от 12.03.1996 г.), содержащая обсадную колонну с двумя вскрытыми пластами, насос, спускаемый на колонне труб, расположенной в обсадной колонне с образованием межтрубного пространства между ними, которое разобщено пакером, расположенным между вскрытыми пластами, причем насос снабжен плунжером, нагнетательным клапаном и поршнем, соединенным с плунжером, выполненными с возможностью возвратно-поступательного движения, верхним и нижним входными отверстиями с всасывающими клапанами, расположенными выше пакера и соответственно выше и ниже поршня, при этом выход насоса сверху посредством колонны труб сообщен через нагнетательный клапан с устьем скважины, а снизу - через нижний нагнетательный клапан с подпакерным пространством. Такое выполнение установки позволяет значительную часть попутной воды закачивать в нижележащий вскрытый скважиной пласт без подъема ее на поверхность, тем самым значительно снизить себестоимость нефти.

Недостатком известного устройства является то, что параметры насосного оборудования подбираются под известную обводненность продукции скважины, и при эксплуатации процентное отношение количества жидкости, поднимаемой на устье, и количества жидкости, закачиваемой в нижележащий пласт, остается неизменным. Однако в процессе эксплуатации скважины обводненность ее продукции может измениться. При этом при увеличении обводненности продукции увеличится количество воды, поднимаемой с нефтью на поверхность, что снизит эффективность эксплуатации, а при уменьшении обводненности некоторое количество нефти вместе с водой будет закачиваться в нижележащий пласт, что приведет к потере в добыче нефти и снижению приемистости нижележащего пласта.

Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы повысить эффективность добычи нефти из обводненной скважины за счет возможности изменения в процессе эксплуатации скважины процентного отношения количества жидкости, поднимаемой на устье, и количества жидкости, закачиваемой в нижележащий пласт при изменении обводненности продукции скважины, то есть регулирования обводненности поднимаемой на поверхность продукции.

Указанная техническая задача решается установкой скважинной штанговой насосной с насосом двойного действия (далее - установкой) для скважины с обсадной колонной, двумя вскрытыми пластами и пакером, расположенным между вскрытыми пластами, содержащей поршень, цилиндр с нижним нагнетательным клапаном, верхним и нижним входными отверстиями с всасывающими клапанами, расположенными выше пакера и, соответственно выше и ниже поршня, плунжером с верхним нагнетательным клапаном, выполненным, как и поршень, с возможностью возвратно-поступательного движения, колонну труб, на которой в скважину спущен штанговый насос, выход которого посредством колонны труб сообщен через верхний нагнетательный клапан с устьем скважины, а через нижний нагнетательный клапан - с подпакерным пространством.

Новым является то, что поршень выполнен с возможностью следования за плунжером вверх за счет перепада давления над этим поршнем и под этим поршнем до сообщения полости цилиндра с верхним входным отверстием для поступления через это отверстие нефти в полость цилиндра до тех пор, пока плунжер не остановится в крайнем верхнем положении, и последующего его перемещения вниз плунжером под действием веса колонны штанг до их крайнего нижнего положения, при этом при увеличении обводненности нефти предусмотрена возможность приспуска колонны штанг вниз, а при снижении обводненности - приподъема колонны штанг.

Новым также является то, что плунжер снизу оснащен штоком, вставленным в поршень с возможностью ограниченного возвратно-поступательного перемещения.

На Фиг.1 схематично показан общий вид установки, на Фиг.2 - то же, при крайнем верхнем расположении плунжера и поршня, на Фиг.3 - то же, вариант выполнения.

Установка (см. Фиг.1) содержит обсадную колонну 1 с двумя вскрытыми пластами 2 и 3, насос 4, спускаемый на колонне труб 5, расположенной в обсадной колонне 1 с образованием межтрубного пространства 6 между ними, которое разобщено пакером 7, расположенным между вскрытыми пластами 2 и 3. Насос 4 снабжен плунжером 8, нагнетательным клапаном 9 и поршнем 10, выполненными с возможностью возвратно-поступательного движения, верхним 11 и нижним 12 входными отверстиями, расположенными выше пакера 7 и соответственно выше и ниже поршня 10. Верхнее 11 и нижнее 12 входные отверстия снабжены всасывающими клапанами, соответственно, 13 и 14. Выход насоса 4 сверху посредством колонны труб 5 сообщен через нагнетательный клапан 9 с устьем 15 скважины 16, а снизу - через нижний нагнетательный клапан 17 с подпакерным пространством 18.

Поршень 10 расположен в цилиндре 19 насоса 4 свободно с возможностью ограниченного возвратно-поступательного движения. Сверху движение поршня 10 ограничивается плунжером 8, а снизу, например, втулкой 20, не позволяющей поршню 10 выйти из цилиндра 19.

Установка работает следующим образом.

При монтаже установки на скважине 16 спуск колонны штанг 23 с присоединенным к ней плунжером 8 производят до упора плунжера 8 через поршень 10 во втулку 20. Затем колонну штанг 23 немного приподнимают и подгоняют ее длину таким образом, чтобы в крайнем нижнем положении колонны штанг 23 во время работы установки исключить стук поршня 10 о втулку 20, после чего установку пускают в работу. Высокообводненная продукция из вскрытого продуктивного пласта 2 поступает в межтрубное пространство 6 обсадной колонны 1. Нефть 21, имеющая меньшую плотность, всплывает вверх, при этом в нижней части межтрубного пространства 6 между вскрытым продуктивным пластом 2 и пакером 7 всегда будет находиться вода 22, имеющая большую плотность. Привод установки (на Фиг.1 не показан) сообщает колонне штанг 23 соединенным с ней плунжером 8 возвратно-поступательное движение.

В начале хода колонны штанг вверх плунжер 8 насоса 4 начнет перемещаться вверх относительно цилиндра 19 и расположенного в нем поршня 10. При этом в полости 24 цилиндра 19 между плунжером 8 и поршнем 10 давление станет меньше, чем давление жидкости в полости 25 цилиндра 19, которое в данный момент равно давлению высоты столба жидкости в межтрубном пространстве 6, поскольку это давление действует на поршень 10 снизу через нижнее входное отверстие 12 и открывающийся всасывающий клапан 14. Таким образом, при ходе плунжера 8 вверх поршень 10 под действием перепада давлений над и под ним будет следовать за плунжером 8 вверх, при этом в полость 25 цилиндра 19 под поршнем 10 через нижнее входное отверстие 12 и открытый всасывающий клапан 14 поступает вода 22.

Поршень 10 поднимается за плунжером 8 до тех пор, пока полость 24 не сообщится с верхним входным отверстием 11, после чего плунжер 8 (см. Фиг.2) продолжает движение вверх, а поршень 10 останавливается, так как давление над и под ним выравнивается и становится равным высоте столба жидкости в межтрубном пространстве 6. При дальнейшем ходе плунжера 8 вверх объем полости 24 увеличивается, и в нее через верхнее входное отверстие 11 и открытый всасывающий клапан 13 под действием давления жидкости в межтрубном пространстве 6 поступает нефть 21 до тех пор, пока плунжер 8 не остановится в крайнем верхнем положении. Всасывающие клапаны 13 и 14 входных отверстий 11 и 12 закрываются.

Затем плунжер 8 начинает перемещение вниз. Давления жидкости в полости 26 цилиндра 19 над плунжером 8, а также в полостях 24 и 25, расположенных соответственно над и под поршнем 10, сравниваются, и при дальнейшем ходе плунжера 8 вниз открывается нагнетательный клапан 9. Жидкость из полости 24 перетекает через осевой канал 27 плунжера 8 в полость 26 цилиндра 19. Поршень 10 пока остается на месте, поскольку для его движения вниз необходимо открытие нижнего нагнетательного клапана 17, чему препятствует действующее на него снизу пластовое давление нижележащего пласта 3.

Перемещаясь вниз, плунжер 8 при открытом нагнетательном клапане 9 доходит до поршня 10 и под действием веса колонны штанг 23 перемещает его вниз. При этом за счет веса колонны штанг 23 под поршнем 10 создается давление, превышающее пластовое давление нижнего пласта 3. Нижний нагнетательный клапан 17 открывается, и вода 22, поступившая через нижнее входное отверстие 12 в насос 4 при предыдущем ходе колонны штанг 23 вверх, под действием этого давления нагнетается в подпакерное пространство 18 и задавливается в нижележащий пласт 3.

Таким образом, при работе установки основное количество воды 22, поступающей в скважину 16 вместе с нефтью 21 из продуктивного пласта 2, закачивается в нижележащий пласт 3, а вся нефть 21 и лишь незначительное количество воды 22 поднимается по колонне труб 5 на устье 15.

Если принять всю длину хода плунжера 8 за 100%, то при эксплуатации скважины, в которой из продуктивного пласта поступает жидкость с содержанием воды, например 80%, плунжер 8 необходимо расположить в цилиндре 19 таким образом, чтобы нижний конец плунжера 8 мог перемещаться относительно верхнего входного отверстия 11 вниз не более чем на 80% и вверх не менее чем на 20% длины хода плунжера 8.

Далее циклы работы установки повторяются.

В процессе эксплуатации скважины обводненность продукции, поступающей на устье 15, может измениться. При увеличении обводненности необходимо уменьшить расстояние, на которое нижний конец плунжера 8 перемещается вверх относительно верхнего входного отверстия 11, и соответственно увеличить расстояние, на которое нижний конец плунжера 8 перемещается относительно верхнего входного отверстия 11 вниз, что достигается приспуском колонны штанг 23 вниз. В результате большее количество воды 22 будет закачиваться в нижележащий пласт 3 и меньшее количество жидкости, но и с меньшей обводненностью, будет подниматься на поверхность. При этом производительность отбора жидкости из продуктивного пласта 2 не изменится.

При снижении обводненности поднимаемой на поверхность продукции колонну штанг 23 необходимо приподнять, количество жидкости, поднимаемой на устье 15, увеличится, количество же воды 22, закачиваемой в нижележащий пласт 3, уменьшится.

В процессе работы установки возможно некоторое увеличение сил трения при взаимодействии поверхностей плунжера 8 и поршня 10 с цилиндром 19 вследствие, например, повышения содержания мехпримесей в продукции пласта 2. Если плунжер 8, соединенный с колонной штанг 23, будет продолжать совершать возвратно-поступательное перемещение в цилиндре 19, то поршень 10, свободно расположенный в цилиндре 19, может встать в крайнем нижнем положении и установка потеряет работоспособность.

С целью повышения надежности работы установки к нижнему концу плунжера 8 (см. Фиг.3) присоединен шток 28, который помещен в полость 29 поршня 10 с возможностью ограниченного (например, с помощью утолщения 30 на нижнем конце штока 28, диаметр которого больше диаметра отверстия 31 в верхнем торце поршня 10) возвратно-поступательного перемещения поршня 10 относительно штока 28.

В таком варианте выполнения установка работает следующим образом. При начале хода вверх плунжера 8 поршень 10, подклинившийся в цилиндре 19, остается на месте, так как перепада давления может быть недостаточно для перемещения поршня 10 вслед за плунжером 8. Шток 28 перемещается вверх в полости 29 поршня 10 до тех пор, пока утолщение 30 на нижнем конце штока не дойдет до верхнего торца поршня 10, при этом в увеличенной в объеме полости 24 образуется разрежение, поскольку она ничем не может быть заполнена. После этого поршень 10 стронется с места, так как диаметр отверстия 31 меньше диаметра утолщения 30. Далее, если стронутому с места поршню 10 больше ничего не мешает перемещаться, он под действием перепада давлений переместится вверх до плунжера 8, или, если еще что-либо препятствует его перемещению вверх и перепада давления для этого не хватает, поршень 10 будет перемещаться вверх утолщением 30 на нижнем конце штока 28 на некотором расстоянии от плунжера 8, определяемом длиной штока 28, то есть будет перемещаться вверх вместе с образовавшейся разреженной полостью 24. При сообщении полости 24 с верхним входным отверстием 11 всасывающий клапан 13 под действием давления жидкости в межтрубном пространстве 6 откроется и в полость 24 поступит нефть 21. Далее циклы работы установки повторяются.

Использование предлагаемой установки скважинной штанговой насосной с насосом двойного действия позволяет повысить эффективность добычи нефти из обводненной скважины за счет возможности изменения в процессе эксплуатации скважины процентного отношения количества жидкости, поднимаемой на устье, и количества жидкости, закачиваемой в нижележащий пласт при изменении обводненности продукции скважины, то есть регулирования обводненности поднимаемой на поверхность продукции, а также повысить надежность работы установки при возможном вследствие каких-либо причин подклинивании поршня.