ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО СКВАЖИННОГО НАСОСА Российский патент 1998 года по МПК F04B47/00 F04D13/12 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к средствам подъема жидкости из скважины.

Известно устройство для добычи обводненной нефти (см. а.с. СССР 1507956, кл. E 21 B 43/00), содержащее обсадную колонну, муфтовую колонну с отверстиями и расположенный между обсадной и муфтовой колоннами подземный сепаратор, в котором отверстия в муфтовой колонне выполнены на двух уровнях, на муфтовой колонне размещено распределительное устройство, включающее два запорных элемента для поочередного перекрытия отверстий соответствующих уровней, установленных с возможностью перемещения по муфтовой колонне и жестко связанных тягой, привод запорных элементов в виде поплавка, имеющего положительную плавучесть в воде и отрицательную в нефти, установленного с возможностью свободного перемещения между запорными элементами. Кроме того, на муфтовой колонне установлены ограничители перемещения запорных элементов.

Недостатком такого устройства являются низкая работоспособность и надежность, которая возникает из-за заклинивания поплавка при его перемещении, особенно при ходе вниз, так как в нефтяной скважине, как правило, поверхность обсадной колонны покрыта слоем парафина, что уменьшает проходное сечение для поплавка, а также причиной заклинивания будут служить асфальтосмолопарафиновые отложения на поверхности поплавка, хвостовика и запорных элементов, возникающие в процессе эксплуатации, а также наклонность ствола скважины, сложность конструкции устройства, большое количество подвижных элементов, снижающих надежность устройства.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является входное устройство скважинного насоса по патенту SU 1782294 А3, кл. F 04 D 13/12 (см. также а.с. СССР 1585556, кл. F 04 D 13/12, 1988), содержащее два подводящих патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а выходы подсоединены через соединительное приспособление по разные стороны от него к приемному патрубку насоса. Приемный патрубок насоса подсоединен к верхнему U-образному участку 9 соединительной трубки 8 (см. фиг. 1, 2, 3).

Недостатком этого входного устройства является продолжительный переход с откачки воды на нефть. В это время образуется водонефтяная эмульсия.

Затяжной переход обусловлен следующим. Штанговый насос всасывает жидкость только при ходе плунжера вверх. Порция нефти, вошедшая с низа трубки 8 через U-образный участок 10 (см. фиг. 1), не доходит до верхнего U-образного участка 9 соединительной трубки 8. При ходе плунжера вниз эта порция нефти отделяется от остальной массы нефти (см. 13, фиг. 2) и успевает всплыть к приему насоса (см. фиг. 3). При следующем ходе плунжера вверх всплывшая нефть засасывается в насос. Ситуация возвращается на исходную позицию.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение надежности работы насоса путем предотвращения образования водонефтяной эмульсии при переходе с откачки воды на нефть.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее два подводящих патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а выходы связаны соединительной трубкой, введен дополнительный канал, подсоединяемый к соединительной трубке подводящих патрубков, расстояние, на котором происходит это подсоединение, рассчитывается следующим образом:
h_a = V_c • t_низ/2,
где
h_a - расстояние подсоединения дополнительного канала к соединительной трубке от ее нижнего конца;
V_c - скорость всплывания порции нефти в воде;
t_низ - время движения головки балансира вниз (от верхней до нижней мертвой точки).

Данное решение позволяет обеспечить четкий переход с откачки воды на откачку нефти.

На фиг. 4-6 показана принципиальная схема устройства с этапами перехода откачки воды на нефть. Насос 1 подвешен на колонне лифтовых труб 2 в нефтяной скважине 3, в которой находятся нефть 4 и вода 5, поступающие в скважину из пласта (на фигурах не показан). К насосу подсоединяется труба 11 устройства. Нижний ее конец 14 соединен с соединительной трубкой 8 на расчетном от ее низа расстоянии. К концам трубки 8 присоединены через U-образные участки 10 и 9 входные патрубки 6 и 7. Открытые концы патрубков направлены в противоположные стороны от трубки 8.

Переход с откачки воды на откачку нефти происходит следующим образом.

Поступающая в скважину 3 жидкость разделяется на нефть 4 и воду 5. При откачке воды раздел нефть - вода опускается. Наступает момент, когда раздел достигает нижнего U-образного участка 10 и при следующем ходе плунжера вверх нефть из патрубка 6 всасывается в трубку 8 (см. 12 на фиг. 4),
При ходе плунжера вниз порция 12 нефти будет всплывать в трубке 8 (см. 13 на фиг. 5) и в итоге поднимается в верхний U-образный участок 9. При следующем ходе плунжера вверх из патрубка 6 всосется следующая порция нефти.

Из патрубка 7 вода поступать не может, так как скапливающаяся в U-образном участке 9 нефть препятствует этому (см. 9 на фиг. 6).

Постепенно накапливаясь в верхней части трубки 8 и патрубка 9, нефть опустится до входа в трубу 11. С этого момента начнется откачка нефти.

На фиг. 7 изображено конструктивное исполнение входного устройства. Труба 1 подсоединяется к приему насоса. С ней жестко соединена труба 3, в верхней части которой имеются отверстия 2 для входа нефти. В трубу 1 опускается трубка 6 с муфтой 8, имеющая отверстия 7 для обеспечения прохода воды. Нижний конец трубки 6 входит в уплотнитель 9.

На трубку 6 опускается труба 11. Для захвата в верхней ее части имеется патрубок с муфтой 10. Дополнительным каналом служит кольцевой зазор между трубами 1 и 11.

Для предотвращения преждевременного попадания нефти на прием насоса в нижней части труб 1 и 11 имеется сепаратор, составленный цилиндрами 4 и 5.

Работу устройства объясним по фиг. 7а, 7б, в, г, д, где дополнительно изображены эксплуатационная колонна "б", узел всасывающего клапана насоса "в" и для упрощения объяснения исключен сепаратор.

Соответствие элементов устройства следующее:
фиг. 7а, б, в, г, д - фиг. 4, 5, 6
кольцевой канал между трубами 3 и 1 - канал 6
-"- -"- -"- 1 и 11 - -"- 11
-"- -"- -"- 11 и 6 - -"- 8
труба 6 - -"- 7
кольцевое отверстие в трубе 11 "а" - вход нижнего канала 14 трубы 11 в трубу 8.

Примем, что до запуска установки скважинного штангового насоса (УСШН) в стволе скважины была вода. После запуска установки в скважину поступают нефть и вода.

Поскольку устройство находится в воде, то при ходе плунжера насоса вверх вода поступает через трубу 6, отверстия в ней 7, канал 11-6, отверстие "а" в трубе 11 и далее к всасывающему клапану "в" насоса.

Одновременно вода поступает через отверстие 2 в трубе 3 (корпус устройства) и далее по каналу 3-1 через низ в канале 11-6, отверстие "а" в трубе 11, канал 1-11 также к всасывающему клапану "в" насоса.

Устройство поставляется на скважину в собранном виде длиной до 10-12 м. В этом случае потери давления на трение незначительны. Учитывая это, принимаем, что в упомянутые каналы вода (жидкость) поступает в равных количествах.

Нефть, поступившая из пласта вместе с водой, всплывает и накапливается в верхней части столба воды. Создается раздел нефть - вода.

В процессе работы установки нефть в верхней части накапливается и раздел нефть - вода опускается. По достижении отверстий 2 в трубе 3 нефть войдет в канал 3-1 (фиг. 7а).

По мере опускания раздела нефть - вода в затрубном пространстве на ту же величину опустится раздел нефть - вода в канале 3-1.

На фиг. 7б изображен момент, когда раздел нефть - вода опустился до нижнего края канала 3-1. При следующем ходе плунжера насоса вверх порция нефти из канала 3-1 попадает в канал 11-6. При ходе плунжера вниз порция нефти в канале 11-6 всплывает. В итоге эта порция займет положение, изображенное на фиг. 7в, и закроет для воды отверстия 7.

С этого момента будет выбираться вода, заключенная в канале 11-6. На фиг. 7г показан момент, когда в нижнюю и верхнюю части канала 11-6 всасывается нефть, а через отверстие "а" входит только вода, оставшаяся в канале 11-6.

Накапливающаяся в верхней части канала 11-6 нефть постепенно доходит до отверстия "а" (фиг. 7д). С этого момента через устройство будет поступать только нефть.

Устройство предназначено для подъема жидкости из скважины и содержит два входных патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а их выходы сообщаются через соединительную трубку. К последней подсоединяется труба, являющаяся дополнительным каналом. Данное решение позволяет обеспечить четкий переход с откачки воды на откачку нефти. 7 ил.

Входное устройство скважинного насоса, содержащее два подводящих патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а выходы связаны соединительной трубкой, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным каналом, подсоединяемым к соединительной трубке подводящих патрубков.