ВИНТОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ, ВКЛЮЧАЮЩЕЙ ПЕСОК Российский патент 2008 года по МПК F04C2/107 F04B47/02 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано на нефтяных промыслах при добыче нефти на месторождениях, где скважинная жидкость содержит песок, осложняющий процесс эксплуатации скважины.

Известно, что при добыче нефти насосными установками, в скважину из пласта вместе с жидкостью поступают механические частицы в виде песка и мелких частиц горных пород. В результате через определенное время скважина заполняется песком, что препятствует нормальному функционированию насосного оборудования. Для восстановления работы насосного агрегата производится чистка скважины путем промывки, а иногда с помощью разбуривания песчаных пробок. Особенно часто чистка скважины производится на нефтяных месторождениях, где продуктивные пласты сложены слабоцементированными песчаниками и песками.

В последние годы для добычи нефти широко применяются винтовые насосные установки. Известны насосные установки с поверхностным приводом, запатентованные в России (RU 2123137 C1, F04B 47/02, 10.12.1998). Указанные насосные установки состоят из поверхностного привода и скважинной компоновки, связанных между собой штанговой вращательной колонной. Привод включает редуктор, устьевой сальник-превентор для герметизации устья скважины, устанавливаемые на скважинной колонной головке. Скважинная компоновка включает винтовой насос, состоящий из статора и винта, а также якоря для предохранения колонны насосно-компрессорных подъемных труб от отворота при вращении штанговой колонны, приводящей в действие винтовой насос.

Недостатком винтовых насосов при откачивании скважинной жидкости, содержащей песок, является то, что на поток, движущийся по подъемной колонне, воздействует вращающаяся штанговая колонна и вызывает завихрения, турбулизируя поток жидкости. В результате скорость осаждения песка увеличивается, вследствие чего эффективность выноса песка из скважины на дневную поверхность снижается. Из практики добычи запесоченной нефти известны случаи, когда песок, находившийся во взвешенном состоянии в движущемся потоке жидкости в подъемных трубах, при остановке работы насосной установки, осаждаясь, полностью заклинивает винтовую пару и заполняет подъемные трубы выше винтового насоса. Это приводит к необходимости полного демонтажа насосной установки для ликвидации аварийного состояния.

Винтовой насос в процессе работы создает пульсацию потока откачиваемой по подъемным трубам скважинкой жидкости. Это связано с тем, что камеры, образуемые винтом и статором, герметичны, и выброс жидкости в подъемные трубы осуществляется порциями при вращении колонны штанг. В результате вынос песка снижается.

Наиболее близким аналогом является винтовая насосная установка, содержащая поверхностный привод, устьевой сальник-превентор, насосно-компрессорные трубы (НКТ), вращательную колонну полых штанг, верхний конец которой оснащен вертлюгом, выкидные линии, одна из которых связана через дроссель и вертлюг с вращательной колонной полых штанг (SU 1654549 А1, F21B 43/00, 07.06.1991). В данной установке предусматривается подъем пластовой вязкой жидкости скважинным насосом по колонне подъемных НКТ с одновременной подачей маловязкой жидкости в колонну полых штанг для снижения вязкости скважинного флюида. Кроме этого в качестве маловязкой жидкости предлагается использовать соленую воду.

В соответствии с данным источником информации насосная установка создает завихрения в потоке жидкости с помощью специального завихрителя, установленного на вращающихся полых штангах. В верхней части колонны полых штанг размещен кольцевой отделитель маловязкой жидкости от вязкой.

Рассматриваемая установка не может быть использована для добычи из скважины нефти, включающей песок, так как завихренный поток не позволяет механическим частицам плавно перемещаться вверх по колонне подъемных НКТ. Кроме этого снижение вязкости потока откачиваемой жидкости создает дополнительные трудности для перемещения песка в вертикальном направлении.

Основной задачей, решаемой изобретением, является наиболее полный вынос песка из скважины вместе с откачиваемой скважинкой жидкостью для предотвращения образования песчаных пробок в призабойной зоне ствола. Для этого предлагается использовать в качестве вращательной штанговой колонны винтовой насосной установки полые штанги или НКТ малого диаметра (например, гостированную трубу НКТ-33), снабженные в нижней части выше винта приемным фильтром.

Указанная задача решается винтовой насосной установкой для добычи нефти, включающей песок, содержащей поверхностный привод, устьевой сальник-превентор, НКТ, вращательную колонну полых штанг, верхний конец которой оснащен вертлюгом, выкидные линии, первая из которых связана с НКТ и приемным коллектором и снабжена вентилем для создания эффекта компенсатора насосной установки, а вторая через дроссель и вертлюг с вращательной колонной полых штанг, при этом нижний конец вращательной колонны полых штанг оснащен приемным фильтром.

В результате откачка скважинного флюида из скважины производится через полые штанги, а не через подъемные НКТ. При этом для повышения скорости потока в полой штанговой колонне необходимо снижать площадь сечения вращаемых труб. Чем выше расчетная скорость, тем большее количество песка удаляется из скважины.

С целью удаления песка из скважины на участке от перфорированного интервала обсадных труб до приема винтового насоса устанавливается трубный хвостовик также расчетного диаметра.

Ликвидацию пульсации потока жидкости предлагается осуществлять за счет использования подъемной колонны НКТ, частично заполненной газом, в качестве компенсирующего устройства, широко применяемого в насосах объемного принципа действия. Для этого в выкидной линии подъемных труб устанавливается герметизирующий вентиль для полной герметизации полости НКТ. При этом вентиль устанавливается до стыковки выкидной линии НКТ с приемным коллектором промысловой системы сбора нефти. Использование вращательной полой штанговой колонны для откачки нефти производится за счет оснащения ее верхней части вертлюгом обратного хода, связанным жестко с регулирующим дросселем.

При необходимости откачка жидкости из скважины может производиться как через подъемную колонну НКТ, так и через полую штанговую колонну. В этом случае дроссель может быть использован в качестве регулятора.

Принципиальная схема винтовой насосной установки с поверхностным приводом для добычи нефти, включающей песок, представлена на чертеже.

Насосная установка состоит из поверхностного и скважинного оборудования. Поверхностное оборудование включает привод 1, представленный электродвигателем и редуктором, и устьевой сальник-превентор 2. Установка снабжена полой вращательной штанговой колонной 3, размещенной внутри подъемных НКТ 4. Установка снабжена винтовым насосом, включающим винт 5 и статор 6. Полая вращательная штанговая колонна 3 оснащена перфорированным приемным узлом 7. Верхний конец вращательной штанговой колонны 3 снабжен вертлюгом 8, жестко связанным с дросселем 9. Выкидная линия насосной установки 10 имеет задвижку 11 и вентиль 12, который установлен на выкидной линии подъемных НКТ 4 и при необходимости регулирует подачу жидкости в приемный коллектор промысловой системы сбора нефти и газа.

В нижней части вращательной колонны 3 установлена ведущая штанга, связанная с приемным фильтром 7 и винтом 5 насоса. Винтовой насос в нижней части связан с якорем и хвостовиком. Межтрубное пространство скважины имеет выходной трубный канал.

Добыча нефти с повышенным содержанием песка винтовой насосной установкой осуществляется следующим образом. При вращении штанговой полой колонны 3 с помощью поверхностного привода 1 рабочий орган насоса - винт 5 подает скважинную жидкость в подъемные НКТ 4.

Жидкость, поднимаясь по НКТ 4 вверх, сжимает газ, находящийся в трубах до тех пор, пока давление не окажется выше давления жидкости, находящейся в полой штанговой колонне. После заполнения вращательной штанговой колонны жидкость через вертлюг 8, дроссель 9 и выкидную линию 10 будет поступать в приемный коллектор. При этом вентиль 12 должен быть закрыт. Воздух, сжатый в верхней части подъемных НКТ, будет создавать эффект компенсаторного колпака, применяемого для снижения пульсации давления насосов объемного принципа действия. Таким образом, будет работать насосная установка с заданной скоростью движения жидкости в полой штанговой колонне, имеющей расчетное сечение в поперечном разрезе. При максимальной скорости потока скважинной жидкости будет иметь место максимальный вынос песка из скважины, что будет предотвращать образование песчаных пробок в эксплуатируемой скважине.

При необходимости эксплуатацию скважины можно проводить совместно через полую штанговую колонну 3 и через НКТ 4. В этом случае регулировочные дроссель 9 и вентиль 12 должны быть открыты. Степень открытия дросселя 9 и вентиля 12 будет зависеть от необходимости направления заданного количества жидкости по подъемным НКТ 4 или полой штанговой колонне 3.

Использование винтовой насосной установки для эксплуатации скважин, продуцирующих нефть, содержащую песок, позволит за счет эффективного выноса песка из скважины снизить количество ремонтов по ликвидации песчаных пробок. Это особенно актуально при эксплуатации новых нефтяных месторождений.

Изобретение относится к извлечению жидкости, например нефти, из глубоких скважин и может быть использовано в промышленности, связанной с добычей нефти. Винтовая насосная установка для добычи нефти, включающей песок, содержащая поверхностный привод, устьевой сальник-превентор, насосно-компрессорные трубы, вращательную колонну полых штанг, верхний конец которой оснащен вертлюгом, выкидные линии, первая из которых связана с насосно-компрессорными трубами и приемным коллектором и снабжена вентилем для создания эффекта компенсатора насосной установки, а вторая - через дроссель и вертлюг с вращательной колонной полых штанг. Нижний конец вращательной колонны полых штанг оснащен приемным фильтром. Обеспечивается полный вынос песка из скважины вместе с откачиваемой скважинной жидкостью для предотвращения образования песчаных пробок в призабойной зоне ствола. 1 ил.

Винтовая насосная установка для добычи нефти, включающей песок, содержащая поверхностный привод, устьевой сальник-превентор, насосно-компрессорные трубы, вращательную колонну полых штанг, верхний конец которой оснащен вертлюгом, выкидные линии, первая из которых связана с насосно-компрессорными трубами и приемным коллектором и снабжена вентилем для создания эффекта компенсатора насосной установки, а вторая - через дроссель и вертлюг с вращательной колонной полых штанг, при этом нижний конец вращательной колонны полых штанг оснащен приемным фильтром.