способ добычи пластовой негазированной жидкости

Формула изобретения

Способ добычи пластовой негазированной жидкости, включающий подъем жидкости насосами, отличающийся тем, что непрерывный поток жидкости создают путем чередования циклов приема и вытеснения рабочих камер взаимозаменяемых двухкамерных скважинных насосов замещения, соединенных трубопроводами добываемой жидкости, отвода отработавшего газа и кабелем электропитания; для этого повышают давление в загерметизированном затрубном пространстве, которым статический уровень жидкости в нем понижают до уровня, ниже размещения нижней ступени скважинного насоса замещения, и за счет разности повышенного давления в затрубном пространстве скважины с давлением в трубопроводе отвода отработавшего газа, соединенного с атмосферой, и с одной из рабочих камер насоса нижней ступени установки производят прием жидкости, а вытеснение из другой камеры всех насосов по трубопроводу добываемой жидкости к насосам верхних ступеней создают за счет поступления в нее сжатого газа из затрубного пространства, при этом прием жидкости рабочими камерами насосов, расположенных выше, обеспечивают за счет вытеснения жидкости из рабочих камер, ниже расположенных насосов.

Описание изобретения к патенту

Способ добычи пластовой негазированной жидкости относится к области добычи воды и может быть использован для добычи пластовой воды и других негазированных жидкостей из глубоких скважин.

Известен способ добычи пластовой жидкости с помощью насоса по патенту 2293886 «Насос» от 07.02.2005, опубликован 20.02.2007. МПК F04F 1/04, F24J 2/42, при котором, при включении компрессора в работу, воздух поступает по воздушному трубопроводу в цилиндр, заполненный жидкостью, через входной клапан от естественного давления толщины нефтеносного слоя или с помощью вакуумного насоса и создает давление на жидкость, которая через зазор между торцевой поверхностью патрубка и днища, преодолевая сопротивление выходного клапана, поступает в специальную емкость, которая по мере заполнения жидкостью определенного количества автоматически поворачивается, выключая компрессор, и выливает жидкость в емкость с определенной скоростью, соответствующей притоку заполнения жидкостью рабочего объема цилиндра через входной клапан, а по истечении жидкости из емкости последняя возвращается в исходное положение, для приема жидкости следующего цикла, при этом закрывает один клапан, выключая вакуумный насос, и одновременно открывает другой клапан и включает компрессор, и процесс повторяется.

Способ не обеспечивает достаточную производительность из-за цикличной подачи жидкости, что обусловлено наличием всего одного рабочего цилиндра. Если при включении компрессора заполнение емкости цилиндра жидкостью прекратилось и уровень жидкости еще не достиг определенной отметки, а компрессор работает, вместо жидкости идет воздух, необходимо произвести балансировку емкости с помощью противовеса до уверенного ее возвращения в исходное положение, хотя и после такой регулировки насос будет работать не с полным объемом заполнения жидкостью его цилиндра.

Данный способ неприменим для добычи жидкости с больших глубин.

Наиболее близким по технической сути является способ по патенту RU 2325553 «Способ и устройство для подъема жидкостей из скважин», от 07.11.2006, опублик. 27.05.2008, МПК F04B 47/00, включающий подъем жидкости в нижней и верхней ступени разными насосами, в нижней ступени - погружным электрическим насосом, и в верхней ступени - глубинным штанговым насосом (ГШН), отделение жидкости от газа, направление газа в затрубное пространство.

Подача жидкости на поверхность происходит прерывисто, за счет чередования в ГШН процессов всасывания и выталкивания на поверхность, что влияет на производительность способа.

Производительность погружного электрического насоса выше производительности ГШН, это приводит повышенному износу первого.

Давление в трубах остается достаточно высоким, что требует повышенной их прочности, это повышает вес всей конструкции.

Насос плохо приспособлен для добычи жидкости с повышенным содержанием механических примесей.

Для питания погружного электронасоса требуется подвод электрического напряжения, опасного для людей и животных, что предъявляет повышенные требования по электробезопасности к данному устройству.

Задачей предлагаемого технического решения является создание надежного и легко встраиваемого в существующую систему добычи воды из скважин, простого в эксплуатации и электробезопасного способа (напряжение питания скважинного насоса 24 В), позволяющего осуществить добычу с малых и больших глубин негазированной жидкости с механическими примесями и из скважин с малым дебетом, в том числе.

Задача решена за счет способа добычи пластовой негазированной жидкости установкой на базе скважинных насосов замещения, включающий подъем жидкости насосами, при этом непрерывный поток жидкости создают путем чередования циклов приема и вытеснения рабочих камер взаимозаменяемых двухкамерных скважинных насосов замещения, соединенных трубопроводами добываемой жидкости, отвода отработавшего газа и кабелем электропитания; для этого повышают давление в загерметизированном затрубном пространстве, которым статический уровень жидкости в нем понижают до уровня, ниже размещения нижней ступени скважинного насоса замещения и за счет разности повышенного давления в затрубном пространстве скважины, с давлением в трубопроводе отвода отработавшего газа, соединенного с атмосферой, и с одной из рабочих камер насоса нижней ступени установки, производят прием жидкости, а вытеснение из другой камеры всех насосов по трубопроводу добываемой жидкости к насосам верхних ступеней создают за счет поступления в нее сжатого газа из затрубного пространства, при этом прием жидкости рабочими камерами насосов, расположенных выше, обеспечивают за счет вытеснения жидкости из рабочих камер нижерасположенных насосов.

Размещение скважинного насоса замещения нижней ступени установки в скважине, ниже статического уровня жидкости на 5-25 м; и понижение статического уровня жидкости до уровня, ниже размещения нижней ступени скважинного насоса замещения, повышением давления в загерметизированном затрубном пространстве позволяет производить прием жидкости, за счет разности повышенного давления, создаваемого компрессорным агрегатом, и пониженного давления, в трубопроводе отвода отработавшего и попутного газов, соединенном с атмосферой, и в одной из рабочих камер насоса нижней ступени установки.

Поступление в одни камеры сжатого газа из затрубного пространства скважины позволяет вытеснять жидкость из других камер насоса нижней ступени и насосов остальных ступеней по трубопроводу добываемой жидкости к насосам верхних ступеней, использовать пространство обсадной трубы в качестве трубопровода и резервуара сжатого газа одновременно и использовать энергию повышенного давления для подъема жидкости насосами замещения, соединенными трубопроводом добываемой жидкости и несущим трубопроводом, одновременно служащим для отвода отработавшего и попутного газов в атмосферу.

Размещение насоса замещения в среду газа повышенного давления позволяет ему принимать жидкость без создания вакуума и, объединяя потоки отработавшего и попутного газов, добиваться значительного уменьшения веса конструкции за счет уменьшения количества трубопроводов. При этом также уменьшается количество применяемого наземного оборудования до одного компрессорного агрегата.

За счет использования электрического тока низкого напряжения 24 В для управления скважинными насосоми замещения, способ отвечает требованиям безопасности.

Способ добычи пластовой негазированной жидкости осуществляют установкой на базе скважинных насосов замещения, изображенной на чертежах, где фиг.1 - схема установки на базе скважинных насосов замещения при одноступенчатом подъеме жидкости, фиг.2 - схема установки на базе скважинных насосов замещения при многоступенчатом подъеме жидкости, фиг.3 - принципиальная схема скважинного насоса замещения, фиг.4 - схема несущего фланца скважинного насоса, фиг.5, 6 и 7 - порядок работы скважинных насосов замещения.

На фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 изображены: труба обсадная 1 скважины, перфорационные отверстия обсадной трубы 2, добываемая жидкость 3, скважинный насос замещения 4, несущий трубопровод 5 для отвода отработавшего и попутного газов, трубопровод 6 подъема добываемой жидкости, приемная труба 7, электрический кабель 8 промежуточный, заглушка 9 нижнего разъема электропитания насоса нижней ступени, фланец 10 обсадной трубы, несущий фланец 11 скважинного насоса, уплотнительная прокладка 12, несущий патрубок 13, патрубок 14 добываемой жидкости, патрубок 15 сжатого газа, компрессор 16 для подачи сжатого газа, электрический шкаф 17, выходной патрубок 18 компрессора, трубопровод 19 сжатого газа, разъем электрический 20, разъем электрический 21, магистральный трубопровод 22, центральная труба 23, пневмораспределитель электрический 24, патрубок всасывающий 25, патрубок нагнетательный 26, разъем электрический 27 нижний, разъем электрический 28 верхний, фильтрующая насадка 29, кабель 30 электропитания скважинного насоса, кабель 31 электропитания компрессора, линия 32 электропитания, входной патрубок 33 компрессора, электрический провод 34 промежуточный, вентиль 35 подачи сжатого воздуха, муфта 36, поддерживающий стержень 37 приемной трубы, сапун 38, управляющая секция 39 скважинного насоса, основная секция 40 скважинного насоса, клапанная секция 41 скважинного насоса, первая рабочая камера 42, вторая рабочая камера 43, поплавковая камера 44 первой рабочей камеры, поплавковая камера 45 второй рабочей камеры, первый магнитный поплавковый клапан 46 двойного действия, второй магнитный поплавковый клапан 47 двойного действия, седло 48 первой рабочей камеры, седло 49 второй рабочей камеры, верхнее седло 50 первой рабочей камеры, верхнее седло 51 второй рабочей камеры, герконовый датчик уровня 52 первой камеры, герконовый датчик уровня 53 второй камеры, всасывающий клапан 54 первой рабочей камеры, всасывающий клапан 55 второй рабочей камеры, нагнетательный клапан 56 первой рабочей камеры, нагнетательный клапан 57 второй рабочей камеры, канал всасывания 58, нагнетательный канал 59, сквозной провод 60 цепи электропитания, провод 61 электропитания блока управления, провод 62 управления пневмораспределителем, провод 63 управления пневмораспределителем, провод 64 герконового датчика первой рабочей камеры, провод 65 герконового датчика второй рабочей камеры, отверстие 66 для отвода отработавших газов, канал 67 для отвода отработавшего газа, канал 68 для подачи и отвода рабочего газа в первую рабочую камеру, канал 69 для подачи и отвода рабочего газа во вторую рабочую камеру, электронный управляющий блок 70, канал 71 сжатого газа.

Способ добычи пластовой негазированной жидкости осуществляют следующим образом.

При глубине залегания пласта до 50 метров осуществляют одноступенчатый подъем жидкости, а при залегании свыше 50 метров, до 5000 метров - многоступенчатый подъем жидкости установкой на базе взаимозаменяемых скважинных насосов замещения, изображенной на чертежах, где фиг.1 - схема одноступенчатого подъема жидкости, фиг.2 - схема многоступенчатого подъема жидкости, фиг.3 - принципиальная схема скважинного насоса замещения, фиг.4 - схема несущего фланца скважинного насоса, фиг.5, 6 и 7 - порядок работы скважинных насосов замещения.

При монтаже установки на базе взаимозаменяемых скважинных насосов замещения для многоступенчатой добычи негазированной жидкости (фиг.2) все подключения производят в такой же последовательности, как и при монтаже одноступенчатой установки, с той лишь разницей, что после монтажа скважинного насоса замещения нижней ступени, через определенное расстояние (5-50 м), монтируют скважинные насосы замещения дополнительных ступеней, количество которых зависит от высоты, на которую необходимо поднять жидкость, и определяется по формуле

n=H/h

где n - количество ступеней установки,

H - высота, на которую необходимо поднять жидкость,

h - шаг, с которым монтируются скважинные насосы замещения (5-50 м).

При монтаже установки на базе скважинных насосов замещения для осуществления добычи негазированной жидкости к герметично установленному на фланец 10 обсадной трубы 1 несущему фланцу 11 с герметично собранными на нем патрубками: несущим 13, добываемой жидкости 14, сжатого газа 15 и электрическими разъемами 20 и 21, соединенными промежуточным проводом 34, крепят несущим трубопроводом 5 одну или несколько ступеней друг под другом в виде гирлянды скважинных насосов замещения 4.

При осуществлении способа насос нижней ступени установки располагают в скважине, ниже статического уровня жидкости на 5-25 м.

Рассмотрим осуществление способа при одноступенчатом подъеме негазированной жидкости (фиг.1)

- приемную трубу 7 с фильтрующей насадкой 29 присоединяют поддерживающим стержнем 37 с муфтой 36, к нижнему концу центральной трубы 23 скважинного насоса замещения 4, муфтой 36 герметично закрывают нижний конец центральной трубы 23;

- всасывающий патрубок 25 герметично соединяют с приемной трубой 7, длина приемной трубы может быть любой и зависит только от того, из какой глубины необходимо поднять жидкость;

- на нижний разъем 27 герметично устанавливают заглушку 9;

- верхний конец центральной трубы 23 герметично соединяют с несущим трубопроводом 5, а трубопровод добываемой жидкости 6 - с нагнетательным патрубком 26;

- к верхнему разъему 28 подключают кабель 8.

Скважинный насос замещения опускают на необходимую глубину, при этом несущий трубопровод 5 герметично соединен с несущим патрубком 13, герметично собранным на несущем фланце 11. Трубопровод добываемой жидкости 6 соединен с патрубком добываемой жидкости 14, который также герметично собран на несущем фланце 11. Кабель электропитания 8 подключен к разъему 20, расположенному на несущем фланце 11. Несущий фланец 11 установлен на фланец обсадной трубы 10, а для обеспечения герметичности между ними установлена прокладка 12 и стянуты болтами (на чертеже не показаны). Патрубок сжатого газа 15 соединен с вентилем 35, установленным на выходном патрубке 18 компрессора 16 посредством трубы 19, а патрубок добываемой жидкости 14 соединен с магистральным трубопроводом 22. Кабель электропитания скважинного насоса 30, одним концом подключенный к электрическому шкафу 17, подключен к разъему 21, находящемуся на несущем фланце 11, и связанному с разъемом 20 посредством промежуточного провода 34, герметично заделанного в него.

Посредством кабеля 31 компрессор 16 подключают к электрическому шкафу 17, который в свою очередь подключен к линии электропитания 32.

Несущий фланец установки на базе скважинных насосов замещения при одноступенчатом или многоступенчатом подъеме негазированной жидкости конструктивно ничем не отличается (фиг.4) и представляет собой сборочную единицу, состоящую из фланца 11 и герметично собранных на нем патрубков: несущего 13, который соединен герметично с несущим трубопроводом скважинного насоса и предназначен для его удерживания, одновременно служит для отвода отработавшего газа, добываемой жидкости 14, служащего для перекачивания добываемой жидкости из скважины на поверхность, сжатого газа 15, служащего для подачи сжатого газа в затрубное пространство скважины. На фланце расположены также электрические разъемы 20 и 21, которые соединены между собой промежуточным проводом 34.

Перед включением смонтированной установки в затрубном пространстве скважины создают повышенное давление атмосферного воздуха (фиг.1 и 2). Для этого включают компрессор 16, вентиль 35 при этом должен быть открыт. В этот момент в затрубном пространстве создается повышенное давление воздуха, под действием которого статический уровень жидкости в скважине понижается и скважинный насос замещения 4 нижней ступени оказывается выше уровня жидкости. При этом воздух, поступающий в одну из рабочих камер скважинного насоса замещения (фиг.3) через сапун 38, канал сжатого газа 71, пневмораспределитель 24 и по каналам 68 или 69, в зависимости от положения пневмораспределителя 24, вытесняет жидкость из рабочей камеры 42 или 43, а поплавковый клапан 46 или 47 опускается и перекрывает седла 48 или 49, предотвращая тем самым утечку сжатого воздуха в трубопровод добываемой жидкости 6. Вторая рабочая камера в это время остается заполненной жидкостью. Жидкость в трубопроводе 6 при этом остается на прежнем уровне, так как давление в нем не меняется и равно атмосферному.

При многоступенчатом подъеме (фиг.2) сжатый воздух так же заполнит одну из рабочих камер скважинных насосов замещения всех ступеней. После заполнения затрубного пространства скважины сжатым воздухом скважинная насосная установка готова к работе.

При подаче электрического тока по кабелю 8 к скважинному насосу замещения 4 установка начинает работать.

Рассмотрим работу установки для добычи негазированной жидкости при одноступенчатом подъеме жидкости.

На момент подачи электроэнергии для управления скважинным насосом замещения в затрубном пространстве находится воздух под высоким давлением (фиг.5), который также находится в рабочей камере 42, а другая рабочая камера 43 заполнена жидкостью. Поплавковый клапан 47, находясь в верхнем положении, перекрывает седло 51 и тем самым препятствует попаданию жидкости в трубопровод отработавшего газа 5, а магнит, встроенный в него, включает герконовый датчик 53. Давление в трубопроводе отработавшего газа 5 равно атмосферному, так как его верхний конец сообщается с атмосферой, это обеспечивает беспрепятственное удаление отработавшего газа через несущий патрубок 13 несущего фланца 11.

При подаче электроэнергии по кабелю 8 герконовый датчик 53 дает сигнал по проводу 65 на блок управления 70, который формирует команду и передает ее по проводу 63 на переключение пневмораспределителя 24. После переключения пневмораспределителя 24 (фиг.6) в камеру 43 начинает поступать сжатый воздух из затрубного пространства через сапун 38 по каналу 71 и 69 и вытеснять жидкость в трубопровод 6 через седло 49, нагнетательный клапан 57 и по каналу 59. В это же время из камеры 42 сжатый воздух удаляется в трубопровод отработавшего газа 5 по каналам 68 и 67 через пневмораспределитель 24, в результате понижения давления в камеру поступает жидкость под напором через седло 48, клапан 54 и по приемному каналу 58 из приемной трубы 7. При завершении процесса вытеснения жидкости из камеры 43 поплавковый клапан 47 перекрывает седло 49, предотвращая утечку сжатого воздуха. В это время при заполнении камеры 42 поплавковый клапан 46, всплывая, перекрывает седло 50, одновременно замыкая герконовый датчик 52, в результате чего происходит переключение пневмораспределителя 24. После переключения пневмораспределителя 24 (фиг.7), в камеру 42 поступает сжатый воздух и вытесняет жидкость через седло 48 и клапан 56 в нагнетательный канал 59 и далее в трубопровод 6. В это время из камеры 43 сжатый воздух удаляется в трубопровод отработавшего газа 5, а в камеру поступает жидкость через седло 49, клапан 55 и по каналу 58 из приемной трубы 7. Добываемая жидкость по трубопроводу 6 поднимается на поверхность, а отработавший воздух уходит по трубопроводу отработанного газа 5 в атмосферу. Поддержание давления в затрубном пространстве осуществляется компрессором 16 автоматически.

Таким образом, непрерывно чередуя циклы приема и вытеснения в рабочих камерах 42 и 43, скважинный насос замещения создает непрерывный поток жидкости в трубопроводе 6 до тех пор, пока не будет отключено электропитание установки.

Скважинный насос замещения любой ступени при добыче негазированной жидкости многоступенчатой установкой предназначен для приема жидкости от соседнего нижнего и подъема к соседнему верхнему, и начинают работать только тогда, когда она заполнит одну из рабочих камер, а до этого момента они находятся в режиме ожидания. Принцип работы всех скважинных насосов замещения установки при одноступенчатом и многоступенчатом подъеме жидкости одинаков.

Техническим эффектом является создание надежного и легко встраиваемого в существующую систему добычи воды из скважин, простого в эксплуатации и электробезопасного способа, позволяющего осуществить добычу с малых и больших глубин негазированной жидкости с механическими примесями и из скважин с малым дебетом, в том числе за счет способа добычи пластовой негазированной жидкости установкой на базе скважинных насосов замещения, включающего подъем жидкости насосами, при этом непрерывный поток жидкости создают путем чередования циклов приема и вытеснения рабочих камер взаимозаменяемых двухкамерных скважинных насосов замещения, соединенных трубопроводами добываемой жидкости, отвода отработавшего газа и кабелем электропитания; для этого повышают давление в загерметизированном затрубном пространстве, которым статический уровень жидкости в нем понижают до уровня, ниже размещения нижней ступени скважинного насоса замещения, и за счет разности повышенного давления в затрубном пространстве скважины, с давлением в трубопроводе отвода отработавшего газа, соединенного с атмосферой, и с одной из рабочих камер насоса нижней ступени установки, производят прием жидкости, а вытеснение из другой камеры всех насосов по трубопроводу добываемой жидкости к насосам верхних ступеней создают за счет поступления в нее сжатого газа из затрубного пространства, при этом прием жидкости рабочими камерами насосов, расположенных выше, обеспечивают за счет вытеснения жидкости из рабочих камер нижерасположенных насосов.