устройство для эксплуатации скважины

Формула изобретения

Устройство для эксплуатации скважины, включающее колонну насосно-компрессорных труб, насос, клапан и фильтр, отличающееся тем, что в качестве клапана использован клапан с подпружиненным тарельчатым конусом и направляющими, одна из которых снабжена пружиной, другая - ограничителем, а в качестве фильтра применен фильтр в виде трубы, заглушенной сферической заглушкой с одной стороны, с отверстиями радиальной конической формы; отверстия обращены большим диаметром конуса внутрь фильтра, имеют наружный диаметр 40-60 мм и внутренний диаметр 80-100 мм при толщине стенки 5,5-9,0 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважины с большим углом наклона эксплуатационной колонны.

Известна компоновка скважины, в которой применен скважинный фильтр, состоящий из перфорированной трубы, в которой фильтрующие отверстия выполнены трапецеидальными по форме или с усеченным конусом в насадках, закрепленных на наружной поверхности перфорированной трубы, причем нижние основания фильтрующих отверстий насадок направлены внутрь трубы и совмещены с ее отверстиями, а высота насадок не выступает за габариты муфты фильтра (патент РФ № 2096589, опублик. 1997.11.20).

Недостатком известного технического решения является уменьшение диаметра перфорированной трубы за счет наружных насадок и за счет этого снижение пропускной способности фильтра.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является скважинный штанговый насос, который состоит из насоса, соединенного с колонной насосно-компрессорных труб, клапана с системой поджатия к седлу и фильтра (патент РФ № 2173381, опублик. 2001.09.10 - прототип).

Известная компоновка не позволяет надежно эксплуатировать скважины с большим углом наклона из-за неравномерного заполнения жидкостью фильтра и хвостовика и влияния газа на работу насоса. Кроме того, конструкция подпружиненного клапана не обеспечивает надежную работу насоса при размещении в скважине с большим углом наклона.

В предложенном изобретении решается задача повышения надежности эксплуатации скважины с большим углом наклона.

Задача решается тем, что в устройстве для эксплуатации скважины, включающем колонну насосно-компрессорных труб, насос, клапан и фильтр, согласно изобретению в качестве клапана использован клапан с подпружиненным утяжеленным тарельчатым конусом, а в качестве фильтра применен фильтр в виде трубы, заглушенной сферической заглушкой с одной стороны, с отверстиями радиальной конической формы.

Сущность изобретения

Эксплуатация скважин глубинными штанговыми насосами является самым распространенным способом механизированной эксплуатации скважин. Определяющими параметрами при выборе типоразмера насоса являются глубина залегания продуктивного пласта, дебит и ожидаемый отбор жидкости из скважины при оптимально допустимом забойном давлении и установившемся технологическом режиме.

При этом компоновка глубинно-насосного оборудования является стандартной (снизу вверх): фильтр, изготовленный из патрубка длиной 70-100 см со стандартными радиальными отверстиями диаметром 8-10 мм, хвостовик из 1-2 насосно-компрессорной трубы (НКТ), цилиндр насоса (если вставного исполнения, только якорный башмак, а цилиндр с плунжером на штангах), колонна НКТ. Внутри колонны НКТ спускается плунжер насоса на штангах. Существующие типоразмеры насосов позволяют производить отбор жидкости при угле наклона эксплуатационной колонны скважины и спускаемых НКТ до 42 градусов. При угле наклона более 42 градусов происходит зависание и выпадение шарика из седла в клапанах насоса, в связи с чем возникают утечки жидкости в клапанных парах насоса и скважина не дает в полном объеме продукцию. При больших утечках жидкости через клапанные узлы насоса происходит "срыв подачи" и выход насоса из строя, и скважину ожидает подземный ремонт. Применение подпружиненных шариков в клапанах далеко не всегда приводит к устранению утечек через клапан.

В предложенном изобретении решается задача надежной и эффективной эксплуатации насосов в скважинах с большими углами наклона на оптимальных режимах за счет исключения влияния газа из-за неравномерного поступления жидкости в хвостовик НКТ на работу насоса, поддержание постоянного динамического уровня в скважине, увеличение срока службы фильтра и межремонтного периода работы скважины (МРП), увеличение добычи жидкости (нефти).

Задача решается тем, что в компоновку глубиннонасосного оборудования с штанговым глубинным насосом вводят усовершенствованный фильтр, установленный на конце хвостовика НКТ, и принудительный тарельчатый клапан с пружиной.

Общий вид устройства для эксплуатации скважины представлен на фиг.1.

На фиг.1 в скважине 1 с горизонтальным стволом 2 размещена колонна НКТ 3 с глубинным насосом 4, колонной штанг 5, соединенными на поверхности со станком-качалкой 6. Снизу к насосу 4 присоединен хвостовик 7, на конце которого закреплены клапан с подпружиненным тарельчатым конусом 8 и фильтр 9.

Принудительный тарельчатый клапан 8 представлен на фиг.2.

Клапан состоит из двух основных частей: верхней части корпуса клапана 10 и нижней части корпуса клапана 11, разделенных седлом клапана 12. К седлу клапана 12 плотно прилегает утяжеленный тарельчатый конус 13 с направляющим 14, имеющим ограничитель 15 и установленной сверху пружиной 16. В верхней части корпуса клапана 10 и нижней части корпуса клапана 11 имеются проходные отверстия 17 для жидкости. Проходное сечение седла клапана 12 увеличено по сравнению с проходным сечением стандартного клапана более чем на 30%. Сверху и снизу клапан снабжен муфтами 18 для соединения с хвостовиком 7 и фильтром 9.

В отличие от обычной клапанной пары (шарика с седлом) в данном клапане шарик выполнен в виде конуса. Благодаря направляющим сверху и снизу тарельчатый конус может работать при значительно больших наклонах, чем шариковые стандартные клапаны. В подпружиненном принудительном тарельчатом клапане контактные нагрузки на уплотнительной поверхности снижены почти в 2 раза по сравнению с нагрузками в шариковом клапане того же размера, и разгрузка основной уплотнительной поверхности осуществлена за счет дополнительной опорной поверхности.

Фильтр 9 представлен на фиг 3.

Фильтр 9 изготовлен из НКТ 19 длиной 6-8 м, заглушенной сферической заглушкой 20 с одной стороны и с другой стороны нарезанной наружной резьбой 21 под муфту 18. Отверстия 22 для прохода скважинной жидкости выполнены радиальной конической формы, обращены большим диаметром конуса внутрь фильтра, имеют наружный диаметр 40-60 мм и внутренний диаметр 80-100 мм при толщине стенки 5,5-9,0 мм.

Устройство работает следующим образом.

За счет уменьшения размера входных отверстий снаружи фильтра предотвращается попадание окалины с НКТ и механических примесей, а за счет увеличения отверстий внутри увеличивается пропускная способность данного фильтра. Тем самым разница в диаметре входного и выходного размера отверстий создает перепад давления снаружи и внутри фильтра, что создает эффект "штуцирования" и дополнительную защиту от попадания внутрь фильтра абразива и механических примесей.

При движении плунжера (не показан) насоса вверх за счет создания вакуума в приемной части насоса открывается утяжеленный принудительный тарельчатый клапан, находящийся в хвостовике насоса. Скважинная жидкость поступает через радиальные отверстия фильтра. Жидкость через проходные отверстия и седло клапана из нижней части корпуса клапана попадает в верхнюю часть корпуса клапана и далее через проходные отверстия поступает в хвостовик НКТ.

При движении плунжера вниз насоса за счет давления столба жидкости и пружины создается дополнительное усилие и утяжеленный тарельчатый конус плотно садится в седло клапана.

За счет применения пружины и тарельчатого конуса с направляющими вместо обычного шарика работа клапанной пары (тарельчатого конуса и седла) не зависит от угла наклона эксплуатационной колонны скважины (кривизны скважины) и позволяет его использовать при угле наклона свыше 42 градусов и в открытом стволе на "горизонтальных" скважинах с углом наклона 90 градусов. Применение пружины также создает дополнительное усилие на работу клапана и не зависит от давления столба жидкости, находящейся ниже насоса в хвостовике из НКТ. Это позволит поддерживать уровень жидкости в хвостовике и исключить образование "газовой шапки".

Использование предложенного устройства позволит:

- производить отбор жидкости из скважин с большим углом наклона при оптимально допустимом забойном давлении и установившемся технологическом режиме;

- предотвратить образование "газовой шапки" и влияние газа на работу насоса;

- поддерживать постоянный динамический уровень в скважине;

- производить отбор жидкости в полном объеме;

- исключить "срыв" подачи насосом;

- увеличить срок службы фильтра за счет конструктивных особенностей и увеличить межремонтный период скважины;

- сократить затраты на проведение подземных ремонтов;

- увеличить добычу жидкости (нефти).