НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2000 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к области насосных установок и может найти применение при откачке жидкости свабированием в процессе освоения, пробной эксплуатации или при очистке призабойной зоны нефтяных или водяных скважин.

Оборудование для откачки скважин способом свабирования несколько десятков лет применяется в процессе эксплуатации нефтяных скважин при их освоении, пробной эксплуатации или при очистке призабойной зоны (см. книгу Лаврушко П. Н. и др. "Эксплуатация нефтяных и газовых скважин". М., "Недра", 1964 г. с. 36-87).

Технологическое оборудование для свабирования скважины при закрытом устье описано также в авт.свид. СССР N 1268716, кл. E 21 B 43/00, 1986 г. - см. Приложение 1.

Это оборудование включает установленную в скважине колонку труб с размещенным в ней свабом, связанным гибким тяговым элементом с лебедкой, имеющей указатель длины находящегося в скважине участка гибкого тягового элемента, а также устьевое оборудование, включающее фонтанную арматуру, превентор, спайдер, лубрикатор, сальник для герметизации тягового элемента и выкидную линию, сообщенную через обратный клапан с системой сбора поднимаемой из скважины жидкости. Лебедка, сваб и тяговый элемент, проходящий через ролик мачты, образуют насосную установку, которая монтируется на отдельном основании. При спуске сваба непрерывно контролируют разрежение в полости труб над свабом, а об уровне жидкости в скважине судят по длине тягового элемента в момент прекращения изменения разрежения. Недостатком известного технического решения является недостаточно надежный контроль технологических параметров процесса свабирования, который должен осуществляться в соответствии с заданным режимом откачки, а также затрудненный контроль за износом сваба в процессе работы.

Известен также комплекс оборудования для освоения нефтяных скважин КСС-1, который включает передвижной агрегат с лебедкой, складной мачтой и пультом управления, размещенным в кабине управления; устьевое оборудование, состоящее из узла герметизации тягового органа, лубрикатора, спайдера и превенторов; скважинное оборудование, в том числе сваб, грузы, шаблоны и т. д. (см. ж-л "Нефтяное хозяйство", 1990 г., N 5, стр.10-13, Р.А.Максутов и др. "Новый комплекс оборудования для освоения нефтяных скважин" - Приложение II).

В процессе циклического подъема жидкости из скважины (свабирования) приток жидкости вызывают снижением уровня жидкости в скважине. При этом уровень жидкости в скважине периодически контролируется эхолотом или волномером.

Недостатками этого технического решения, которое может быть принято за прототип заявляемой установки, также являются недостаточно надежный контроль технологических параметров процесса свабирования, что не позволяет осуществлять режим откачки точно с заданной программой (в связи с чем может иметь место перегрузка всей установки). Кроме того, на этой установке невозможно точно вести постоянный контроль за износом сваба.

В связи с изложенным основной технической задачей, на решение которой направлено настоящие предполагаемое изобретение, является создание такой насосной установки для откачки жидкости из скважины свабированием, конструкция которой обеспечивала бы надежный и постоянный контроль технологических параметров процесса свабирования, осуществляя режим откачки в соответствии с заданным режимом, а также позволяла бы осуществлять точный контроль за износом сваба, что в конечном счете вело бы к повышению надежности работы установки в целом.

Для решения поставленной технической задачи насосная установка для осуществления откачки жидкости из скважины свабированием включает смонтированные на основании лебедку с гибким тяговым элементом и мачту, устьевое оборудование, сваб с грузами, соединенный с гибким тяговым элементом, эхолот для измерения уровня жидкости в скважине, размещенный в устьевом оборудовании, датчик перемещения и скорости сваба и приборную панель контроля технологических параметров откачки.

Характерной особенностью заявляемой насосной установки является то, что ее приборная панель включает индикаторы высоты захваченного и поднятого столбов жидкости и регистратор направления движения сваба, связанный с датчиком перемещения и скорости сваба.

При этом индикатор высоты захваченного столба жидкости связан через алгебраический сумматор с датчиком перемещения и скорости сваба, эхолотом и регистратором направления движения сваба, индикатор высоты поднятого столба жидкости связан с датчиком перемещения и скорости сваба и с установленным на устье скважины датчиком устьевого давления, а индикатор суммарного объема поднятой жидкости связан через арифметический сумматор с индикатором высот поднятого столба жидкости и с датчиком перемещения и скорости сваба.

Возможность осуществления настоящего предполагаемого изобретения доказывается отечественной и зарубежной практикой использования специализированных насосных установок для откачки жидкости из скважин свабированием. Технические признаки, являющиеся отличительными для заявляемой установки, могут быть реализованы с помощью средств, используемых для контроля технологических параметров в различных областях техники (цифровые индикаторы, индикатор суммарного объема, алгебраический и арифметический сумматоры, датчики давления, датчики перемещения и скорости). Отличительные признаки, отраженные в формуле изобретения, необходимы для его осуществления и достаточны, поскольку обеспечивают решение поставленной задачи - создание такой насосной установки для откачки жидкости из скважины свабированием, конструкция которой дает возможность вести надежный и постоянный контроль технологических параметров процесса свабирования (скорость спуска сваба, усилие натяжения гибкого элемента, уровень жидкости в скважине, глубину спуска сваба, высоту захваченного и поднятого столбов жидкости и объем поднятой жидкости), что позволяет вести режим откачки скважин в соответствии с заданным режимом.

Кроме того, конструкция позволяет осуществлять точный контроль за износом сваба (по разнице высоты захваченного и поднятого столбов жидкости), что в конечном счете обеспечивает повышение надежности работы установки в целом.

В дальнейшем настоящее предполагаемое изобретение поясняется на примере его выполнения, схематически изображенном на прилагаемых чертежах, на которых:
фиг. 1 - принципиальная схема заявляемой насосной установки для осуществления откачки жидкости из скважины свабированием;
фиг. 2 - схематическое изображение приборной панели контроля технологических параметров насосной установки, показанной на фиг.1;
фиг.3 - структурная схема приборной панели контроля технологических параметров насосной установки, показанной на фиг.1 и 2.

Насосная установка для осуществления откачки жидкости из скважины включает передвижное основание 1 (фиг.1), например грузовой автомобиль. На раме основания смонтирована лебедка 2 с гибким тяговым элементом 3, проходящим через ролик верхнего конца мачты, и устьевое оборудование 5, включающее герметизатор устья, лубрикатор, спайдер и фонтанную арматуру. При поднятой мачте 4 ось тягового элемента 3 должна совладать с осью скважины 6, в которой размещена колонна насосно-компрессорных труб 7. В последнюю введен сваб 8 с грузами 9, присоединенный к нижнему концу гибкого тягового элемента 3. На верхнем конце мачты 4 смонтирован датчик перемещения и скорости 10. Конструкция датчика 10 общеизвестна и не является предметом настоящего предполагаемого изобретения. Например, в качестве датчика 10 может быть использован импульсный цифровой датчик.

На верхнем конце мачты также смонтирован датчик 11 натяжения гибкого элемента, конструкция которого также известна и широко применяется в бурении и в других областях техники. Например, в качестве датчика 11 может быть использован тензодатчик.

На устьевом оборудовании 5 смонтированы датчик устьевого давления 12 и эхолот 13 для измерения уровня жидкости в затрубном пространстве скважины 6. Конструкция датчика устьевого давления 12 и эхолота 13 также общеизвестны. Последний, например, применяется в установке аналогичного назначения КСС-1, которая является прототипом настоящего предполагаемого изобретения (см.выше). Установка снабжена приборной панелью контроля технологических параметров откачки 14 (фиг.1 и 2).

Приборная панель 14 (фиг.2) включает шкалу с указателем скорости спуска 15 (в м/с) и цифровые индикаторы: индикатор усилия натяжения гибкого элемента 16 (в кН), страдающий работу датчика 11; индикатор уровня жидкости в скважине 17 (в м), дающий показания эхолота 13; индикатор глубины спуска сваба 18 (в м), отражающий работу датчика 10; индикатор 19 высоты столба жидкости над свабом (захваченного столба жидкости) (в м), индикатор 20 высоты столба жидкости в конце подъема сваба (поднятого столба жидкости) (в м); индикатор 21 объема поднятой жидкости (в м³), а также кнопку 22 включения эхолота. Взаимосвязь индикаторов 19, 20 и 21 с соответствующими датчиками будет описана ниже при описании структурной схемы приборной панели 14 (фиг. 3).

В соответствии с настоящим предполагаемым изобретением в состав приборной панели 14 включен регистратор направления движения сваба 23 (фиг.3), представляющий собой известное электронное устройство, реагирующее на знак сигнала скорости движения тягового элемента 3 со свабом 8 относительно основания 1; алгебраический сумматор 24 и арифметический сумматор 25. Указанные сумматоры 24 и 25 общеизвестны и применяются в большинстве калькуляторов, цифровых счетчиках и т.д.

На приборной панели 14 имеется контрольная лампочка 26, сигнализирующая об окончании цикла (верхнее положение сваба 8) по сигналу датчика 10 перемещения и скорости сваба.

Структурная схема приборной панели 14 (фиг.3) устанавливает связи между элементами приборной панели и датчиками 10, 12 и 13 (эхолот). Регистратор направления движения сваба 23 связан с датчиком 10 перемещения и скорости сваба. Индикатор высоты захваченного столба жидкости 19 связан через алгебраический сумматор 24 с датчиком 10 перемещения и скорости сваба, эхолотом 13 и регистратором направления движения сваба 23. Индикатор высоты поднятого столба жидкости 20 связан с датчиком 10 перемещения и скорости сваба и с установленным на устье скважины датчиком устьевого давления 12. Индикатор суммарного объема поднятой жидкости 21 связан через арифметический сумматор 25 с индикатором высоты поднятого столба жидкости 20 и с датчиком 10 перемещения и скорости сваба.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Приток пластовой жидкости при освоении скважины вызывают снижением уровня жидкости в скважине путем циклического подъема ее свабом 8, спускаемым ниже уровня жидкости в скважине на заранее установленную (в соответствии с заданным режимом) величину. При этом периодически при включении кнопки 22 (фиг. 2) эхолотом 13 контролируют уровень жидкости в затрубном пространстве скважины. Сигнал эхолота 13 отображается на индикаторе 17 (фиг.2), показывая уровень жидкости в скважине - L₁ в метрах. Скорость спуска и подъема сваба в м/с отображается на шкале 15 в соответствии с работой датчика 10. Усилие натяжения в кН отображается в соответствии с работой датчика 11 на индикаторе натяжения 16. Глубина спуска сваба 8 - L₂ - в метрах регистрируется датчиком 10 перемещения и скорости сваба и отображается на индикаторе 18. Высота столба жидкости над свабом 8 в начале подъема (захваченного столба жидкости) - L₃ - в метрах отображается на индикаторе 19, благодаря связи этого индикатора через алгебраический сумматор 24 (фиг.3) с датчиком 10 перемещения и скорости сваба 8, эхолотом 13 и регистратором 23 направления движения сваба;
L₃ = L₂ - L₁
Этот параметр замеряется в момент изменения направления движения сваба 8 от спуска к подъему и остается неизменным до конца цикла.

Высота столба жидкости в конце подъема сваба 8 - L₄ - в метрах отображается на индикаторе 20, связанном с датчиком 10 перемещения и скорости сваба и с установленным на устье скважины датчиком устьевого давления 12 (фиг.1, 3).

Параметр L₄ измеряется по сигналу датчика устьевого давления 12 и остается неизменным до конца цикла.

По разнице параметров L₃ и L₄ оператор судит о степени износа сваба и определяет момент замены последнего. По окончании цикла, о чем свидетельствует нулевой показатель индикатора 18 и включение контрольной лампочки 26, показание индикатора 20 суммируется с более ранними показателями его за счет связи индикатора суммарного объема 21 через арифметический сумматор 25 с индикатором высоты поднятого столба жидкости 20 и с датчиком 10 перемещения и скорости сваба:
Q = ∑ L₄•K,
где Q - объем поднятой жидкости, м³;
L₄ - показание индикатора 20, м;
K - постоянный коэффициент (коэффициент уставки), учитывающий площадь сечения в свете насосно-компрессорных труб, м².

Заявленное техническое решение обеспечивает при его использовании надежный, постоянный и удобный контроль технологических параметров процесса свабирования скважины, позволяя осуществить режим откачки в соответствии с заданным. Оно также позволяет оператору постоянно и точно контролировать износ сваба в процессе работы. В конечном счете применение этого технического решения обеспечивает повышение надежности работы насосной установки в целом.

Насосная установка предназначена для использования при откачке жидкости свабированием из нефтяных или водяных скважин при их освоении, пробной эксплуатации или при очистке их призабойных зон. Насосная установка для откачки жидкости из скважины свабированием включает смонтированные на основании лебедку с гибким тяговым элементом и мачту, устьевое оборудование, сваб с грузами, соединенный с тяговым элементом, эхолот для измерения уровня жидкости в скважине, размещенный в устьевом оборудовании, датчик перемещения и скорости сваба и приборную панель контроля технологических параметров откачки. Приборная панель включает индикаторы высоты захваченного и поднятого столбов жидкости, индикатор суммарного объема и регистратор направления движения сваба, связанный с датчиком перемещения и скорости сваба. При этом индикатор высоты захваченного столба жидкости связан через алгебраический сумматор с датчиком перемещения и скорости сваба, эхолотом и регистратором направления движения сваба. Индикатор высоты поднятого столба жидкости связан с датчиком перемещения и скорости сваба и с установленным на устье датчиком устьевого давления. Индикатор суммарного объема поднятой жидкости связан через арифметический сумматор с индикатором высоты поднятого столба жидкости и с датчиком перемещения и скорости сваба. Такое выполнение насосной установки позволяет постоянно и надежно контролировать технологические параметры режима откачки скважины и вести постоянный контроль износа сваба, что повышает надежность в работе установки в целом. 3 ил.

Насосная установка для откачки жидкости из скважины свабированием, включающая смонтированные на основании лебедку с гибким тяговым элементом и мачту, устьевое оборудование, сваб с грузами, соединенный с гибким тяговым элементом, эхолот для измерения уровня жидкости в скважине, размещенный в устьевом оборудовании, датчик перемещения и скорости сваба и приборную панель контроля технологических параметров откачки, отличающаяся тем, что приборная панель насосной установки включает индикаторы высоты захваченного и поднятого столбов жидкости, индикатор суммарного объема поднятой жидкости и регистратор направления движения сваба, связанный с датчиком перемещения и скорости сваба, причем индикатор высоты захваченного столба жидкости связан через алгебраический сумматор с датчиком перемещения и скорости сваба, эхолотом и регистратором направления движения сваба, индикатор высоты поднятого столба жидкости связан с датчиком перемещения и скорости сваба и с установленным на устье скважины датчиком устьевого давления, а индикатор суммарного объема поднятой жидкости связан через арифметический сумматор с индикатором высоты поднятого столба жидкости и с датчиком перемещения и скорости сваба.