СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН И ШТАНГОВАЯ ГЛУБИННО-НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК E21B43/00 F04B47/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности рационализации эксплуатации скважин штанговыми глубинно-насосными установками.

Известен способ добычи нефти скважинной продукции штанговым глубинным насосом, приводом которого является станок-качалка с электродвигателем, состоящим из стойки, балансира с головкой, кривошипно-шатунного механизма, редуктора, рамы, общего фундамента и станции управления (1).

Недостатками этого способа и используемого при этом станка-качалки являются:
- функциональная ограниченность их использования; применяются только для подъема жидкости,
- значительное снижение эффективности эксплуатации скважин и штанговой глубинно-насосной установки, когда в системе сбора устанавливается высокое давление.

Наиболее близким аналогом изобретения в части способа является способ эксплуатации скважин, заключающийся в добыче нефти штанговой глубинно-насосной установкой, приводом которой является станок-качалка с одним или двумя насос-компрессорами, электродвигателем, редуктором и балансиром с задним и передним плечами и головкой, преобразующей вращательное движение электродвигателя в качательное движение балансира с головкой и в возвратно-поступательное движение плунжера с колонкой штанг глубинного насоса (2).

Наиболее близким аналогом изобретения в части устройства является штанговая глубинно-насосная установка, включающая станок-качалку с одним или двумя насос-компрессорами, электродвигателем, редуктором с кривошипно-шатунным механизмом, балансиром с задним и передним плечами и головкой, колонку подъемных труб и штанг, штанговый глубинный насос и станцию управления (2).

Недостатками этого способа и используемого при этом устройства являются:
- невозможность использования для перекачки по системе сбора поднятой на поверхность земли скважинной продукции и снятия тем самым воздействия давления на выкидном нефтепроводе на эффективность работы скважины и работу штанговой глубинно-насосной установки;
- увеличение затрат электроэнергии на преодоление потерь давления в измерительной установке,
- невозможность использования его для повторной закачки выделившегося из скважинной продукции газа с целью полного использования для ее подъема эффекта газа.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей использования штанговых глубинно-насосных установок.

Технический результат достигается тем, что по способу эксплуатации скважин, заключающимся в добыче нефти штанговой глубинно-насосной установкой, приводом которой является станок-качалка с одним или двумя насос-компрессорами, электродвигателем, редуктором и балансиром с задним и передним плечами и головкой, преобразующей вращательное движение электродвигателя в качательное движение балансира с головкой и в возвратно-поступательно движение плунжера с колонной штанг глубинного насоса, при снятии давления или его потери в системе сбора и/или измерения дебита продукции, поднятой на поверхность из скважины с большим газосодержанием при заданном давлении в автономной зоне измерения станок-качалку комплектуют одним насос-компрессором, который устанавливают за редуктором, а при повторной закачке в затрубное пространство скважины газа, который выделяют в газосепараторе из скважинной продукции с последующим перепуском в подъемные трубы для многократного повторного использования его подъемного эффекта, с передней стороны стойки балансира устанавливают второй компрессор, при этом поршни компрессоров приводят в возвратно-поступательное перемещение штоками, соединенными шарнирно соответственно с задним плечом балансира, работающим асинхронно с глубинным насосом, и передним плечом балансира, работающим синхронно с глубинным насосом, плечи балансиров уравновешивают друг друга и часть нагрузки от весов жидкости, колонны штанг и плунжера, а компрессоры используют как двухступенчатый компрессор для закачки газа в скважину под необходимым давлением.

Кроме того, технический результат в части устройства достигается тем, что штанговая глубинно-насосная установка, включающая станок-качалку с одним или двумя насос-компрессорами, электродвигателем, редуктором с кривошипно-шатунным механизмом, балансиром с задним и передним плечами и головкой, колонну подъемных труб и штанг, штанговый глубинный насос и станцию управления, согласно изобретению имеет байпасную линию, соединяющую устье скважины непосредственно с выкидным нефтепроводом, трубный объемно-массовый измеритель с разделительным поршнем, газосепаратором - при укомплектовании устройства двумя насос-компрессорами с регулятором уровня и давления, детекторами, датчиками давления и температуры, соединительные трубопроводы, сообщающие устье скважины приемными линиями с клапанами с верхней и нижней камерами одного из насос-компрессоров, который установлен за редуктором, а его выкидные линии с клапанами сообщены с газосепаратором, соединенным через регулятор давления газовой линией с приемными линиями второго насос-компрессора, выкиды которого сообщены с затрубным пространством скважины, а жидкостная линия с емкостью трубного объемно-массового измерителя через трехходовой клапан сообщена с верхней и нижней камерами, при этом второй насос-компрессор установлен с передней стороны стойки балансира, а каждый из этих насос-компрессоров состоит из цилиндра, поршня, штока, шаговой опоры качения, закрепленных соответственно у заднего или переднего плеча балансира.

Сущность изобретения заключается в том, что давление в системе сбора, сопровождающееся резкими изменениями нагрузок на глубинно-насосную установку, зависящих как от величины этого давления, так и параметров работы установки, а следовательно, и затрат энергии на добычу нефти, а также сопровождающееся увеличением противодавления на пласт и в скважину снимается от скважины и от глубиннонасосной установки насос-компрессором, приводимым в работу по перекачке скважинной продукции станком-качалкой. Это давление используют также в качестве уравновешивающую станок-качалку с электродвигателем силу и необходимую для преодоления сопротивлений, встречаемых в системе сбора при транспортировке нефти и газа от скважины до пунктов их подготовки. Они зависят от количества добываемых скважинных продукций, их фазовых соотношений, физико-химических свойств. Это определяется изменением параметров работы насоса-компрессора /длины хода и диаметра пары "поршень-цилиндр"/.

Кроме того, давление, создаваемое насосом-компрессором, используется как энергия, необходимая для измерения дебита скважинной продукции путем обратного растворения части газа и изменением давления в измерительном устройстве. Этим обеспечивается расширение области применения измерителей небольшого диаметра и высоты.

Снятие воздействия выкидного давления от скважины позволяет повысить эффективность проводимых мероприятий по использованию потенциальных видов энергии (изменения газосодержания, физических условий подъема, физико-химических свойств поднимаемой скважинной продукции).

Закачка выделившегося из самой скважинной продукции в свободное состояние газа обратно в скважину и дополнительное газирование поднимаемой жидкости позволяет снизить ее плотность до заданных значений и повысить эффективность эксплуатации скважин.

На фиг. 1 и 2 представлены схемы штанговых глубинно-насосных установок, оборудованных соответственно одним или двумя насос-компрессорами.

Штанговая глубинно-насосная установка состоит из станка-качалки, состоящей из рамы 1, стойки 2, балансира 3, траверсы 4, шатунов 5, кривошипов 6, противовесов 7, редуктора 8, постамента с электродвигателем 9, станции управления, одного или двух насос-компрессоров 11, 12, включающих цилиндр 13, поршень 14, штока 15, шаровые опоры качения 16, трубного объемно-массового измерителя 17, имеющего разделительный поршень 18, детекторов положения 19, датчиков давления 20 и температуры, газосепаратора 22 с регуляторами уровня 23 и давления 24, соединительных трубопроводов, сообщающих устья скважины 25 с приемными линиями 26 с клапанами 27, с верхней и нижней камерами 28, 29, заднего насос-компрессора 11, его выкидных линий 30 с клапанами 31 с газосепаратором 22, регулятора давления 24 с газовой линией 32 и с приемными линиями второго насос-компрессора 12, его выкидной линии 32 с затрубным пространством скважины 33, выкидной линии 34 измерительной емкостью объемно-массового измерителя 17, трехходовых клапанов 35, выкидного нефтепровода скважины 36.

Способ осуществляют следующим образом.

Скважину и используемое для добычи подземное оборудование от воздействия давления в системе сбора снимают самим станком-качалкой, дополнив его насос-компрессором 11, который устанавливают в задней его части, поршень 14 которого приводят в возвратно-поступательное движение балансиром 3, шарнирно соединенным с его задним плечом при помощи штока 15, работающего асинхронно с глубинным насосом, спущенным в скважину на заданную глубину, и откачивающего поднятую на поверхность скважинную продукцию в трубный объемно-массовый измеритель 17, а далее в выкидной нефтепровод 36 при заданном давлении, что позволяет регулировать объем скважинной продукции при помощи регулирующего штуцера или простого запорного устройства за счет обратного растворения ранее выделившегося в стволе скважины в свободное состояние газа и расширить область использования объемно-массового измерителя 17 при заданных рациональных параметрах работы (диаметра и высоты трубной измерительной емкости) и сохранить частоты циклов измерений при заданных пределах.

В случае, когда в системе сбора сохраняется невысокое давление (до 5 кгс/см²), способ используют и для осуществления газлифтной эксплуатации, т. е. для обратной закачки выделившегося из самой скважинной продукции газа повторно в скважину, а в случаях, когда в системе сбора устанавливается высокое давление, то для повторной закачки газа в скважину устанавливают второй насос-компрессор 12 с передней стороны станка-качалки, приводимый в возвратно-поступательное движение от переднего плеча балансира 3, работающего синхронно с работой глубинного насоса в скважине. При этом поднятую из скважины продукцию задним насос-компрессором 11 перекачивают в объемно-массовый измеритель 17, в газосепараторе 22 которого производят разделение жидкости от газа. Разделившаяся жидкость из газосепаратора под заданным давлением поступает в емкость измерительной установки, откуда после измерения отжимается в выкидной нефтепровод 36, а отделившийся газ под заданным давлением поступает во второй передний насос-компрессор 12 и закачивается им в скважину.

При этом давление в системе измерения и закачки поддерживают, исходя из обеспечения измерения дебита и закачки в скважину газа рационального объема, устанавливаемого из условия получения скважинной продукции с заданной плотностью.

Устройство для осуществления способа снятия давления, устанавливаемого в системе сбора, измерения дебита скважинной продукции работает следующим образом.

Поднятая на поверхность замели штанговым глубинным насосом и скважинная продукция из устьевой арматуры 25 поступает в приемную камеру насоса-компрессора 11 двойного действия: в надпоршневые и подпоршневые камеры, которые работают автономно. При ходе поршня вверх в подпоршневую камеру скважинная продукция поступает через приемный клапан 27, а из надпоршневой камеры отжимается через нагнетательный клапан 31 в выход объемно-массового измерителя 17. При ходе поршня из приемной лини 26 и клапана скважинная продукция поступает в надпоршневую камеру, а из подпоршневой камеры отжимается через нагнетательный клапан 31 и линию в объемно-массовый измеритель 17, из которого после ее измерения отжимается в выкидной нефтепровод 36.

В объемно-массовом измерителе 17 измерение скважинной продукции происходит в объемно-массовых выражениях при заданном давлении, установленном из расчета обратного растворения части свободного выделившегося газа, что позволяет сохранить установленный режим работы измерительной установки по пропускной ее способности с частотой цикла в заданных пределах и регулировать колебания нагрузок при возвратно-поступательном давлении глубиннонасосной установки в заданных пределах.

В тех случаях, когда для повышения эффективности эксплуатации скважины одновременно со снятием давления с устья скважин используют и газлифт, т.е. закачивают газ, выделившийся из добываемой нефти самой скважины обратно в скважину, и для этой цели на передней части (перед стойкой) устанавливают второй насос-компрессор 12. При этом наземное оборудование штанговой глубинно-насосной установки работает следующим образом.

Поднятая штанговым глубинным насосом при ходе его плунжера вверх скважинная продукция по приемной нефтелинии подают в насос-компрессор двойного действия 11, работающий асинхронно с глубинным насосом, которым она перекачивается в измеритель 17. При этом при ходе головки балансира 3 с колонной штанг и плунжером вверх насос-компрессор 11, приводимый от заднего плеча балансира, идет вниз и засасывает по приемной линии 26 скважинную продукцию из подпоршневой камеры в верхнюю камеру, а с нижней камеры нагнетает в измеритель 17. При ходе плунжера глубинного насоса с колонной штанг вниз поршень 14 насос компрессора 11 идет вверх, нагнетая находящуюся над ним скважинную продукцию под давлением через измеритель 17 в выкидной нефтепровод 36, и компенсирует часть нагрузки от веса движущегося вниз подземного оборудования. В это время в подпоршневое пространство засасывается новая порция скважинной продукции, и так при работе глубинно-насосной установки процесс повторяется непрерывно.

Нагнетаемая в измеритель 17 скважинная продукция в этом случае поступает в газосепаратор 22, где происходит разделение газа от жидкости, уровень которой в газосепараторе 22 регулируется поплавковым регулятором уровня 23. Отделившаяся при этом жидкость с остаточным газом поступает в измеритель 17, откуда после измерения вытесняется в выкидной нефтепровод 36, а газ, сжатый до заданного давления, поступает в насос-компрессор двойного действия 12 и при непрерывном возвратно-поступательном движении его поршня 14 непрерывно закачивается в скважину, осуществляя непрерывный подъем газо-жидкостной смеси по подъемной колонне труб. Таким образом обеспечивается многократное использование выделяющегося из скважинной продукции в газосепараторе, а следовательно, достигается газирование жидкости в подъемных трубах до заданной плотности.

Источники информации.

Молчанов А. Г. и др. Нефтепромысловые машины и механизмы. - М.: Недра, 1983, с. 34-38.

Сафарзаде А. К. Вопросы отбора затрубного газа из глубинно-насосных скважин. - Баку, Азернефтнешр, 1959, с. 11-26.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и обеспечивает расширение функциональных возможностей использования штанговых глубинно-насосных установок. В соответствии с изобретением для перекачки поднятой жидкости от скважин до пунктов сбора и повторной закачки выделяемого из скважинной продукции газа в скважину для газирования поднимаемой по колонне труб продукции осуществляют одним или двумя насос-компрессорами. Ими укомплектовывают станок-качалку и приводят в возвратно-поступательное движение балансиром станка-качалки. Насос-компрессор устанавливают за редуктором, который работает асинхронно с глубинным насосом, и перед стойкой, работающей синхронно. Создают уравновешивающие друг друга и части нагрузки от веса глубинно-насосного оборудования. Используют трубный измеритель дебита скважинной продукции, которая при непрерывном обеспечении скважины газом, выделяемым в его газосепараторе, позволяет использовать давление, развиваемое насос-компрессорами, как уравновешивающую силу, 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ эксплуатации скважин, заключающийся в добыче нефти штанговой глубинно-насосной установкой, приводом которой является станок-качалка с одним или двумя насос-компрессорами, электродвигателем, редуктором и балансиром с задним и передним плечами и головкой, преобразующей вращательное движение электродвигателя в качательное движение балансира с головкой и в возвратно-поступательное движение плунжера с колонной штанг глубинного насоса, отличающийся тем, что при снятии давления или его потерь в системе сбора и/или измерения дебита продукции, поднятой на поверхность из скважины с большим газосодержанием при заданном давлении в автономной зоне измерения, станок-качалку комплектуют одним насос-компрессором, который устанавливают за редуктором, а при повторной закачке в затрубное пространство скважины газа, который выделяют в газосепараторе из скважинной продукции с последующим перепуском в подъемные трубы для многократного повторного использования его подъемного эффекта, с передней стороны стойки балансира устанавливают второй компрессор, при этом поршни компрессоров приводят в возвратно-поступательное перемещение штоками, соединенными шарнирно соответственно с задним плечом балансира, работающим асинхронно с глубинным насосом, и передним плечом балансира, работающим синхронно с глубинным насосом, плечи балансиров уравновешивают друг друга и часть нагрузки от весов жидкости, колонны штанг и плунжера, а компрессоры используют как двухступенчатый компрессор для закачки газа в скважину под необходимым давлением. 2. Штанговая глубинно-насосная установка, включающая станок-качалку с одним или двумя насос-компрессорами, электродвигателем, редуктором с кривошипно-шатунным механизмом, балансиром с задним и передним плечами и головкой, колонну подъемных труб и штанг, штанговый глубинный насос и станцию управления, отличающаяся тем, что она имеет байпасную линию, соединяющую устье скважины непосредственно с выкидным нефтепроводом, трубный объемно-массовый измеритель с разделительным поршнем, газосепаратором - при укомплектовании устройства двумя насос-компрессорами, с регулятором уровня и давления, детекторами, датчиками давления и температуры, соединительные трубопроводы, сообщающие устье скважины приемными линиями с клапанами с верхней и нижней камерами одного из насос-компрессоров, который установлен за редуктором, а его выкидные линии с клапанами сообщены с газосепаратором, соединенным через регулятор давления газовой линией с приемными линиями второго насос-компрессора, выкиды которого сообщены с затрубным пространством скважины, а жидкостная линия с емкостью трубного объемно-массового измерителя через трехходовой клапан сообщена с верхней и нижней камерами, при этом второй насос-компрессор установлен с передней стороны стойки балансира, а каждый из этих насос-компрессоров состоит из цилиндра, поршня, штока, шаговой опоры качения, закрепленных соответственно у заднего или переднего плеча балансира.