УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 2007 года по МПК E21B43/00 F04F5/54 

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а более конкретно - к оборудованию эрлифтной добычи нефтеводогазовой смеси. Оно может быть применено также в жилищно-коммунальном хозяйстве для подъема воды из скважин.

Известен воздушный водоподъемник (эрлифт), содержащий водоподъемную трубу, воздухоподающую трубку, компрессор, устройство для ввода воздуха в водоподъемную трубу и резервуар для воды (М.М.Флоринский, В.В.Рыгачев. Насосы и насосные станции. Издательство "Колос", М., 1967, стр.139, рис.138).

Недостатки устройства:

- малая высота подъема жидкости, которая напрямую зависит от объемного веса поднимаемой смеси. Чем больше разница между объемными весами воды и водовоздушной смеси, тем больше высота подъема жидкости (воды). Но эта разница находится в узком диапазоне изменений;

- низкий КПД установки вследствие неравномерного перемешивания воздуха в водопадающей трубе, обусловленного конструкцией выходной части башмака.

Известен также пневматический водоподъемник, состоящий из цилиндра с одной или двумя камерами, нагнетательных труб-камер, всасывающих и нагнетательных клапанов, нагнетательной трубы, воздухоподающих трубок, влагоотделителей, воздухораспределителей с четырехходовыми кранами, компрессора, обратного клапана и фильтра (М.Л.Елисеев и др. Водоснабжение отгонного животноводства. Издательство сельскохозяйственной литературы, М., 1977, стр.185, рис.127).

Недостатки устройства:

- малая высота подъема жидкости, лимитированная рабочим давлением компрессора, с ростом которого удораживается и усложняется конструкция последнего;

- неудовлетворительная эксплуатационная надежность, обусловленная наличием в конструкции управляемых извне воздухораспределителей с четырехходовыми кранами.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является эрлифтная многоступенчатая установка, содержащая колонну подъемных труб, колонну трубок для подачи газообразного вещества в скважину, сообщенную с подъемными трубами, и нагнетатель газообразного вещества (А.С. №1498971, 4 F04F 1/18, 1989 г.).

К основным недостаткам конструкции относятся:

- низкий КПД и малая высота подъема жидкости, которая находится в прямой зависимости от объемного веса поднимаемой смеси. Хотя с уменьшением последнего имеет место рост высоты подъема смеси, но этот рост не может удовлетворять условиям, когда требуется поднимать жидкость из значительных глубин;

- значительные капитальные вложения для сооружения скважины из-за увеличенного ее диаметра;

- высокие эксплуатационные расходы, обусловленные тем, что монтаж и демонтаж установки требует значительных затрат времени вследствие отсутствия взаимозаменяемых ее ступеней.

Задачей изобретения является создание установки, обладающей высоким КПД, повышенной высотой подъема жидкости, относительно низкими капитальными вложениями и эксплуатационными расходами.

Указанная задача решается предлагаемой установкой для добычи нефти, содержащей колонну подъемных труб, колонну трубок для подачи газообразного вещества в скважину, сообщенную с подъемными трубами, и нагнетатель газообразного вещества.

Новым является то, что колонна подъемных труб снабжена струйными аппаратами, включающими сопла, расположенными по высоте друг от друга на расстоянии, определяемом рабочим давлением нагнетателя; каждое сопло струйного аппарата выполнено в виде втулки, головной участок которой представляет собой конус с вершиной, обращенной к устью скважины, а хвостовой выполнен в виде цилиндра, контактирующего с подъемной трубой, переходящего в сторону головки в цилиндр меньшего диаметра и образующего полость, сообщающуюся через входной патрубок с колонной трубок для подачи газообразного вещества, установленный тангенциально по отношению к колонне подъемных труб; со стороны хвостового участка каждое сопло снабжено диффузорной расточкой, плавно сопрягающейся с центральным каналом сопла; конусный участок сопла снабжен винтовыми каналами, накрытыми конусным участком переходника, причем направление каналов совпадает с направлением вращательного движения поступающего в сопло газа; нижняя труба колонны подъемных труб снабжена обратным клапаном, расположенным ниже последнего сопла, а колонна трубок для подачи газообразного вещества - нагнетательным клапаном на поверхностном ее участке; ступени колонны трубок для подачи газообразного вещества соединены телескопически.

На фиг.1 изображен общий вид установки в продольном разрезе.

На фиг.2 - узел I-го струйного аппарата в увеличенном масштабе фиг.1.

На фиг.3 - разрез по А-А фиг.1.

На фиг.4 - головная часть сопла в плане фиг.2.

Установка состоит из насосно-компрессорных труб 1, образующих подъемную колонну, параллельно расположенную с последней колонной 2 для подачи газообразного вещества, всасывающего клапана с седлом 3 и запорным органом 4, сопел 5 с винтовыми каналами 6, выполненными на наружной поверхности их головок 7 (фиг.4), направление каналов совпадает с направлением вращательного движения поступающего в сопло газа. Со стороны хвостового участка каждое сопло снабжено диффузорной расточкой 8 (фиг.2), плавно сопрягающейся с центральным каналом 9. Винтовые каналы 6 накрыты переходником 10. Колонна для подачи газообразного вещества снабжена нагнетательным клапаном 11 и соединена жестко с каждой ступенью подъемных труб 1, входными патрубками 12 и 13 и перемычками 14. Трубы подъемной колонны 1 и трубки колонны 2 для подачи газообразного вещества объединены в ступени, состоящие соответственно из одной или нескольких труб и трубок. Трубы подъемной колонны 1 соединены между собой с помощью накидной 15 и стопорной 16 гаек. Сопрягаемые поверхности снабжены уплотнительными кольцами 17, 18 и 19. Установка содержит также нагнетатель 20. Соединение трубок в колонне для подачи газообразного вещества осуществляется по телескопической схеме.

Монтаж установки

С помощью подъемного устройства (не показан) поднимают нижнюю трубу (ступень) подъемной колонны 1, снабженную клапаном, жестко соединенную с нижней трубкой (ступенью) колонны 2 для подачи газообразного вещества, над скважиной и постепенно опускают их туда. Далее с помощью монтажного хомута подвешивают трубу (ступень) колонны 1 на устье скважины. Освобождают подъемное устройство от нее. В дальнейшем осуществляют подъем следующей трубы (ступени) колонны 1. Вводят нижний конец трубки (ступени) колонны 2 в отверстие одноименной трубки (ступени) колонны 2. Закручивают накидную гайку 15 на резьбовой участок трубы (ступени) колонны 1 до упора. В этом положении накидную гайку 15 фиксируют с помощью стопорной гайки 16. После этого опускают собранный участок колонны до устья скважины и с помощью монтажного хомута подвешивают этот участок колонны на устье скважины. В дальнейшем операция по монтажу повторяется. Опустив колонны 1 и 2 до нужной глубины на устье скважины, их закрепляют, колонну 1 подсоединяют к трубопроводу для отвода нефти, а колонну 2 - к нагнетателю 20. Демонтаж установки осуществляется в обратной последовательности.

Перед пуском установки в работу необходимо, чтобы полости колонны 1 и 2 были заполнены извлекаемой из скважины жидкостью.

После запуска нагнетателя 20 газ, поступающий из булита (не показан), открывая нагнетательный клапан 11, направляется в полость верхней трубки (ступени) колонны 2 и оказывает давление на столб жидкости, находящейся в колоннах 1 и 2. В результате жидкость, находящаяся в колонне 2 до уровня верхнего (первого) входного патрубка 13, постепенно выдавливается вверх через винтовые каналы 6 верхнего (первого) сопла 5. Когда газовый поток дойдет до верхнего (первого) переходника 10, с этого момента начинается смешивание газа с жидкостью, находящейся выше переходника 10. Это сопровождается снижением объемного веса нефтегазовой смеси, что приводит к повышению скорости газа, выходящего из винтовых каналов 6 сопла 5. В результате в зоне выхода газа из винтовых каналов создается пониженное давление. Теперь нагнетаемый в колонну трубок 2 газ начинает постепенно выдавливать вверх жидкость, находящуюся в верхней трубке (ступени) колонны 2 до уровня второго (от устья скважины) патрубка 13, через винтовые каналы 6 второго сопла 5. При достижении газового потока второго переходника 10 начинается смешивание газа с жидкостью, находящейся выше второго переходника 10. Это приводит к снижению объемного веса газожидкостной смеси, сопровождаемому повышением скорости газа, выходящего из винтовых каналов 6 второго сопла 5. В результате уменьшается давление столба газонефтяной смеси, расположенной от головки 7 второго сопла 5 до головки 7 первого сопла 5. Пониженное давление, имеющее место в зоне выхода газа из предыдущего сопла 5, способствует инжектированию (вытягиванию) газожидкостной смеси из последующего участка колонны труб 1, находящегося ниже него. Работа промежуточных сопел идентична описанной выше. Последнее (нижнее) сопло 5 начинает работать тогда, когда давлением газа столб жидкости, находящейся в колонне труб 1, становится ниже предпоследнего входного патрубка 13, а когда газовый поток доходит до последнего переходника 10, начинается смешивание газа с жидкостью, находящейся выше упомянутого переходника 10. Происходит снижение объемного веса газоводонефтяной смеси и повышение скорости газа, выходящего из винтовых каналов 6 последнего сопла 5, что приводит к уменьшению давления столба газоводонефтяной смеси, располагаемого от головки 7 последнего до головки 7 предпоследнего сопла 5. Это приводит к тому, что в зоне перед последним соплом 5 создается разрежение и под действием атмосферного давления запорный орган 4 приподнимается от седла 3 и вонефтяная смесь из скважины поступает в полость последнего сопла 5. Дальше ее подхватывает последующее сопло и т.д. В конце подъема газожидкостная смесь направляется в булит, где происходит разделение воды и газа от нефти. При остановке нагнетателя 20 клапан 11 закрывается. Жидкость из горизонтального участка трубопровода (не показан) заполняет колонну трубок 2. При этом под нагнетательным клапаном 11 собирается газ. К очередному пуску установка готова, если уровень жидкости в колоннах труб 1 и 2 выше головки 7 первого сопла 5.

Предлагаемая установка позволяет:

- повысить высоту подъема жидкости благодаря снабжению установки соплами и переходниками, а также расположению их друг от друга на расстоянии, определяемым рабочим давлением нагнетателя;

- повысить КПД благодаря закручиванию потока газа при входе в кольцевые полости, образованные колонной подъемных труб и соплами, а также дополнительному закручиванию газа при прохождении через винтовые каналы; при закрученном потоке рабочей среды резко снижаются потери давления на переходных ее участках;

- снизить эксплуатационные расходы благодаря тому, что время на проведение монтажных и демонтажных работ требуется меньше по причине того, что соединение газоподающих труб выполнено по телескопической схеме и что на подъем жидкости требуется меньше мощности вследствие снижения потерь давления на участках инжекции.

Изобретение найдет применение при эрлифтной добыче нефтеводогазовой смеси. Обеспечивает повышение КПД и высоты подъема жидкости, снижение капитальных и эксплуатационных затрат. Сущность изобретения: установка включает колонну подъемных труб и колонну трубок для подачи газообразного вещества, сообщенную с подъемными трубами. Особенностью установки является то, что колонна подъемных труб снабжена струйными аппаратами, расположенными по высоте друг от друга на расстоянии, определяемом рабочим давлением нагнетателя. Сопло струйного аппарата выполнено в виде втулки, головной участок которой представляет собой конус, а хвостовой выполнен в виде цилиндра, образующего полость, собранную с колонной воздухоподающих трубок. Конусный участок сопел снабжен винтовыми канавками, накрытыми конусным участком переходника, причем направление каналов совпадает с направлением вращательного движения газа при его поступлении в сопло. Нижняя труба колонны подъемных труб снабжена обратным клапаном, а колонна воздухоподающих трубок - нагнетательным клапаном, расположенным на поверхности. Ступени колонны воздухоподающих трубок соединены телескопически. 4 ил.

Установка для добычи нефти, содержащая колонну подъемных труб, колонну трубок для подачи газообразного вещества в скважину, сообщенную с подъемными трубами, и нагнетатель газообразного вещества, отличающаяся тем, что колонна подъемных труб снабжена струйными аппаратами, включающими сопло, расположенными по высоте друг от друга на расстоянии, определяемом рабочим давлением нагнетателя; каждое сопло струйного аппарата выполнено в виде втулки, головной участок которой представляет собой конус с вершиной, обращенной к устью скважины, а хвостовой - в виде цилиндра, контактирующего с трубой подъемной колонны, переходящего в сторону головки в цилиндр меньшего диаметра и образующего полость, сообщенную через входной патрубок с колонной трубок для подачи газообразного вещества, установленный тангенциально по отношению к колонне подъемных труб; со стороны хвостового участка каждое сопло снабжено диффузорной расточкой, плавно сопрягающейся с центральным каналом сопла; конусный участок сопла снабжен винтовыми каналами, накрытыми конусным участком переходника, причем направление каналов совпадает с направлением вращательного движения газа при его поступлении в сопло; нижняя труба колонны подъемных труб снабжена обратным клапаном, расположенным ниже последнего сопла, а колонна трубок для подачи газообразного вещества - нагнетательным клапаном, расположенным на поверхностном ее участке; ступени колонны трубок для подачи газообразного вещества соединены телескопически.