СПОСОБ ДОБЫЧИ ПЛАСТОВОЙ НЕГАЗИРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2010 года по МПК F04B47/00 F04F1/08 

Способ добычи пластовой негазированной жидкости относится к области добычи воды и может быть использован для добычи пластовой воды и других негазированных жидкостей из глубоких скважин.

Известен способ добычи пластовой жидкости с помощью насоса по патенту 2293886 «Насос» от 07.02.2005; опубликован 20.02.2007, МПК F04F 1/04, F24J 2/42, при котором, при включении компрессора в работу, воздух поступает по воздушному трубопроводу в цилиндр, заполненный жидкостью через входной клапан от естественного давления толщины нефтеносного слоя, или с помощью вакуумного насоса, и создает давление на жидкость, которая через зазор между торцевой поверхностью патрубка и днища, преодолевая сопротивление выходного клапана, поступает в специальную емкость, которая по мере заполнения жидкостью определенного количества, автоматически поворачивается, выключая компрессор, и выливает жидкость в емкость с определенной скоростью, соответствующей притоку заполнения жидкостью рабочего объема цилиндра через входной клапан, а по истечении жидкости из емкости последняя возвращается в исходное положение, для приема жидкости следующего цикла, при этом закрывает один клапан, выключая вакуумный насос, и одновременно открывает другой клапан и включает компрессор, и процесс повторяется.

Способ не обеспечивает достаточную производительность из-за цикличной подачи жидкости, что обусловлено наличием всего одного рабочего цилиндра. Если при включении компрессора заполнение емкости цилиндра жидкостью прекратилось, и уровень жидкости еще не достиг определенной отметки, а компрессор работает, вместо жидкости идет воздух, необходимо произвести балансировку емкости с помощью противовеса до уверенного ее возвращения в исходное положение, хотя и после такой регулировки насос будет работать не с полным объемом заполнения жидкостью его цилиндра.

Данный способ неприменим для добычи жидкости с больших глубин. Наиболее близким по технической сути является способ по патенту RU 2325553 «Способ и устройство для подъема жидкостей из скважин» от 07.11.2006, опублик. 27.05.2008, МПК F04B 47/00, включающий подъем жидкости в нижней и верхней ступени разными насосами, в нижней ступени - погружным электрическим насосом, и в верхней ступени - глубинным штанговым насосом (ГШН), отделение жидкости от газа, направление газа в затрубное пространство.

Подача жидкости на поверхность происходит прерывисто за счет чередования в ГШН процессов всасывания и выталкивания на поверхность, что влияет на производительность способа.

Производительность погружного электрического насоса выше производительности ГШН, это приводит повышенному износу первого.

Давление в трубах остается достаточно высокой, что требует повышенной их прочности, это влияет на вес всей конструкции.

Насос плохо приспособлен для добычи жидкости с повышенным содержанием механических примесей.

Для питания погружного электронасоса требуется подвод электрического напряжения, опасного для людей и животных, что предъявляет повышенные требования по электробезопасности к данному устройству.

Задачей предлагаемого технического решения является создание надежного и легко встраиваемого в существующую систему добычи воды из скважин, простого в эксплуатации электробезопасного способа, позволяющего осуществить добычу с больших глубин негазированной жидкости с механическими примесями и из скважин с малым дебетом в том числе.

Задача решена за счет способа добычи пластовой негазированной жидкости, включающего подъем жидкости насосами в нескольких ступенях, при этом способ осуществляют во всех ступенях путем непрерывного подъема жидкости взаимозаменяемыми пневматическими двухкамерными насосами замещения, соединенными трубопроводами добываемой жидкости, вакуума, сжатого воздуха, кабелем электропитания и снабженными нагнетательным и всасывающим каналами и сквозными каналами вакуума, отработавшего газа, сжатого газа и сквозным проводом электрической цепи, с датчиками уровня в каждой рабочей камере, трехходовым краном, электрическим двусторонним пневмораспределителем и блоком управления в каждой ступени; при всасывании жидкости в одну из рабочих камер нижней ступени, трехходовой кран которой установлен при монтаже в положение «вакуум», одновременно заполняют сжатым воздухом другую камеру этой ступени; по сигналам от датчика уровня блок управления формирует команду на переключение двустороннего пневмораспределителя, после чего в заполненную камеру нижней ступени подают сжатый воздух, вытесняют жидкость в одну из рабочих камер верхней ступени, трехходовой кран которой установлен при монтаже в положение «отработавший газ», атмосферный воздух из которой вытесняют в затрубное пространство через трехходовой кран и сквозной канал отработавшего газа; при заполнении одной из рабочих камер верхней и нижней ступеней, по сигналам от датчиков уровня нижней и верхней ступеней, их блоки управления формируют команду на переключение двусторонних пневмораспределителей.

Осуществление способа во всех ступенях, взаимозаменяемыми пневматическими двухкамерными насосами замещения, с датчиками уровня в каждой рабочей камере, трехходовым краном, электрическим двусторонним пневмораспределителем и блоком управления в каждой ступени позволяет каждой из рабочих камер всех насосов-модулей работать попеременно, если одна из камер работает на всасывание жидкости по всасывающему каналу, вторая камера в это время работает на вытеснение жидкости по нагнетательному каналу, и наоборот. За счет этого создают непрерывный поток жидкости в трубопроводе продукта.

Установка трехходового крана любой из ступеней при монтаже в положение «вакуум» или «отработавший газ» делает насосы взаимозаменяемыми, пригодными к работе в любой, как нижней, так и верхней ступени, в зависимости от положения трехходового крана, заданного при монтаже, а также позволяет осуществлять способ, соединяя несколько насосов.

Насосы-модули всех ступеней находятся в ждущем режиме до попадания жидкости в одну из рабочих камер. При заполнении жидкостью одной из камер насоса-модуля верхней ступени одновременно работают все 4 камеры обеих ступеней. При заполнении жидкостью одной из камер насоса-модуля каждой последующей ступени работают все камеры задействованных ступеней.

Производительность многоступенчатой системы, применяемой при данном способе добычи жидкости, может варьироваться в широком диапазоне, для этого достаточно менять давление сжатого воздуха и степень разреженности вакуума. Это делает возможным подстроить производительность способа под дебет скважины.

Способ добычи пластовой негазированной жидкости пояснен чертежами, где на фиг.1 изображена схема добычи негазированной жидкости, на фиг.2 изображен начальный этап работы нижней ступени, на фиг.3 изображен второй этап работы нижней ступени и начальный этап работы второй ступени, на фиг.4 изображен последующий этап работы ступеней.

На фиг.1, 2, 3 и 4 изображены насос-модуль 1 нижней ступени, насос-модуль 2 второй ступени, насос-модуль 3 третьей ступени, насос-модуль 4 N-1-й ступени, насос-модуль 5 верхней ступени, шкаф 6 электропитания и управления, компрессор 7 для подачи сжатого воздуха, насос вакуумный 8, резервуар 9 для добываемой жидкости, трос 10 подвесной промежуточный, трубопровод 11 добываемой жидкости, добываемая жидкость 12, труба 13 приемная нижней ступени, заглушки 14, трубопровод 15 вакуума, кабель 16 электропитания насосов-модулей, трос 17 подвесной многоступенчатой системы, трубопровод 18 сжатого воздуха, фланец 19 опорный, серьга 20 верхняя, серьга 21 нижняя, линия 22 электроснабжения, задвижка 23, патрубок 24 для перекачивания жидкости, кабель 25 электропитания компрессора, кабель 26 электропитания вакуумного насоса, пневмораспределитель 27 электрический двусторонний, блок управления 28, кран 29 трехходовой, камера рабочая 30 первая, камера рабочая 31 вторая, камера поплавковая 32 первой рабочей камеры, камера поплавковая 33 второй рабочей камеры, клапан поплавковый 34 со встроенным постоянным магнитом первой рабочей камеры, клапан поплавковый 35 со встроенным постоянным магнитом второй рабочей камеры, седло 36 нижнее первой рабочей камеры, седло 37 нижнее второй рабочей камеры, седло 38 верхнее первой рабочей камеры, седло 39 верхнее второй рабочей камеры, герконовый датчик уровня 40 первой рабочей камеры, герконовый датчик уровня 41 второй рабочей камеры, клапан 42 всасывающий первой рабочей камеры, клапан 43 всасывающий второй рабочей камеры, клапан 44 нагнетательный первой рабочей камеры, клапан 45 нагнетательный второй рабочей камеры, канал 46 всасывающий, канал 47 нагнетательный, канал 48 пневмо-вакуумный первой рабочей камеры, канал 49 пневмовакуумный второй рабочей камеры, канал 50 вакуумный и отработавшего сжатого газа, провод 51 электропитания сквозной, канал 52 сжатого газа сквозной, канал 53 вакуума сквозной, канал 54 отработавшего газа сквозной.

Способ добычи пластовой негазированной жидкости осуществляют многоступенчатой системой, которая состоит из полностью взаимозаменяемых насосов-модулей отдельно взятых ступеней (фиг.1), скважинных пневматических двухкамерных насосов замещения: насос-модуль нижней ступени 1, насос-модуль второй ступени 2, насос-модуль третей ступени 3, насос-модуль N-1-й ступени 4, насос-модуль верхней ступени 5, которые соединены между собой трубопроводами, вакуума 15, сжатого воздуха 18, добываемой жидкости 11, а также кабелем электропитания 16.

Система подвешена в скважине за опорный фланец 19 тросом 17 за верхнюю серьгу 20 верхнего насоса-модуля 5, все остальные насосы-модули подвешены друг под другом за нижние серьги 21 верхних насосов-модулей и верхние серьги 20 нижних насосов-модулей промежуточными тросами 10.

В каждом насосе-модуле выполнены сквозные каналы: линии сжатого газа 52, линии вакуума 53 и линии отработавшего и попутного газов 54, а также сквозной провод электрической цепи 51.

Количество ступеней многоступенчатой системы может быть любым, это зависит только от высоты подъема жидкости, оно определяется по формуле:

N=H/L,

где N - количество ступеней многоступенчатой системы;

Н - высота подъема жидкости;

L - расстояние между насосами-модулями (L=от 3 до 50 м).

Рабочее давление в любом насосе-модуле многоступенчатой системы не превышает 1,0 МПа. Каждый насос-модуль системы предназначен для подъема жидкости только на одну ступень, на высоту до 50 метров, то есть до следующего насоса-модуля.

При применении рабочего давления, превышающего 1,0 МПа, расстояние между насосами, с усиленными корпусами и деталями, может быть увеличено и превышать 50 м.

К насосу-модулю нижней ступени 1 присоединена приемная труба 13 для всасывания жидкости, а к последнему насосу-модулю 5 присоединен трубопровод добываемой жидкости 11, который соединен с резервуаром для добываемой жидкости 9 (фиг.1).

На нижние выходы сквозных каналов насоса-модуля 1 нижней ступени: вакуума 53, сжатого воздуха 52, отработавшего газа 54 и разъем электропитания 51 и на верхний вход отработанного газа 54, а также на нижние выходы отработавшего газа 54 насосов-модулей остальных ступеней устанавливают герметичные заглушки 14 (фиг.1, 2, 3 и 4).

Насосы-модули, начиная со второй ступени, соединяют между собой одинаково. К верхнему входу сквозного канала сжатого воздуха 52 последнего насоса-модуля 5 присоединяют трубопровод 18, другой конец которого соединен с выходным патрубком компрессора 7. К верхнему входу сквозного канала вакуума 53 последнего насоса-модуля 5 присоединен трубопровод 15, другой конец которого соединен с вакуумным насосом 8. К верхнему разъему (на чертеже не показан) сквозного провода электропитания 51 последнего насоса-модуля 5 подключен кабель 16 электропитания насосов-модулей, другим концом подключен к шкафу 6 электропитания и управления. Электропитание и управление компрессором 7 осуществляют по линии 25, по линии 26 вакуумным насосом 8.

Способ добычи пластовой негазированной жидкости из буровых скважин осуществляют следующим образом.

На насосе-модуле нижней ступени 1 системы трехходовой кран 29 (фиг.2, 3 и 4) при монтаже системы устанавливают в положение «вакуум», при этом канал 50 соединяется со сквозным вакуумным каналом 53 для создания разрежения в рабочих камерах 30 и 31. На насосах-модулях остальных ступеней трехходовой кран 29 устанавливают в положение «отработавший газ», при этом канал 50 соединяется со сквозным каналом отработавшего и попутного газов 54.

Каждая из рабочих камер 30, 31 всех насосов-модулей работает попеременно, если одна из камер работает на всасывание жидкости по всасывающему каналу 46, вторая камера в это время работает на вытеснение жидкости по нагнетательному каналу 47, и наоборот. За счет этого создают непрерывный поток жидкости в трубопроводе продукта 11.

Насосы-модули всех ступеней находятся в ждущем режиме до попадания жидкости в одну из рабочих камер. При заполнении жидкостью одной из камер насоса-модуля второй ступени 2 одновременно работают все 4 камеры обеих ступеней. При заполнении жидкостью одной из камер насоса-модуля каждой последующей ступени работают все камеры задействованных ступеней.

Насос-модуль 1 нижней ступени многоступенчатой системы, при данном способе добычи пластовой негазированной жидкости, предназначен для всасывания жидкости в одну из рабочих камер 30 или 31 под действием вакуума, одновременно с этим вытеснения, из другой, под действием сжатого воздуха, для создания непрерывного подъема жидкости по трубопроводу продукта 11 к насосу-модулю 2 второй ступени. На насосах-модулях второй и последующих ступеней поступление жидкости в рабочие камеры 30 и 31 обеспечивается за счет давления, создаваемого нижними насосами-модулями, и это обеспечивает удаление отработавшего сжатого воздуха по каналам насосов-модулей, через пневмораспределитель и трехходовой кран 29, который установлен в положение «отработавший газ», в сквозной канал отработавшего газа 54 и далее, в затрубное пространство.

Рассмотрим подробнее работу системы при данном способе.

При включении системы многоступенчатого подъема негазированной жидкости (фиг.1) путем нажатия кнопки «ПУСК» на шкафе электропитания и управления 6 включается компрессор 7 и вакуумный насос 8, и происходит подача электропитания по кабелю 16 одновременно на все насосы-модули. Происходит подача сжатого воздуха одновременно на все насосы-модули системы по трубопроводу 18. Вакуумный насос 8 создает разрежение в трубопроводе 15 и насосе-модуле нижней ступени 1.

При подаче давления по трубопроводу 18 сжатого воздуха в каналы 52 насосов-модулей 1, 2 и 3 (фиг.2) сначала наполняется сжатым воздухом одна из рабочих камер 30 или 31 всех насосов-модулей, до достижения максимального значения рабочего давления, равного давлению в трубопроводе сжатого воздуха 18. Какая из камер насосов-модулей будет заполняться сжатым воздухом, зависит от положения пневмораспределителя 27 на момент начала работы системы. При этом магнитные поплавковые клапаны 34 или 35, находясь в нижнем положении, перекроют седла 36 или 37 и будут препятствовать утечке сжатого воздуха. Одновременно с подачей сжатого воздуха по каналу 49 в одну из камер, допустим это камера 31, насоса-модуля нижней ступени 1 в другой камере 30 по каналу 48 создается вакуум. В камере 30 создается разрежение, в результате чего в нее по приемной трубе 13, погруженной в жидкость 12, всасывающему каналу 46 и через всасывающий клапан 42 начинает поступать жидкость. По мере поступления жидкости всплывает магнитный поплавковый клапан 34 до тех пор, пока не достигнет герконового датчика уровня 40, после чего датчик дает сигнал на блок управления 28, который формирует команду на переключение двухходового пневмораспределителя 27.

После переключения пневмораспределителя 27 (фиг.3) сжатый воздух начинает поступать в камеру 30. Из камеры 30 происходит вытеснение жидкости через клапан 44 по нагнетательному каналу 47, по трубопроводу продукта 11, по всасывающему каналу 46 насоса-модуля второй ступени 2, через всасывающий клапан 43 в рабочую камеру 31. По мере поступления жидкости всплывает магнитный поплавковый клапан 35 до тех пор, пока не достигнет герконового датчика уровня 41 насоса-модуля 2, после чего датчик дает сигнал на блок управления 28, который формирует команду на переключение двухходового пневмораспределителя 27. Одновременно с поступлением сжатого воздуха в камеру 30 насоса-модуля 1 в камере 31 того же насоса-модуля создается вакуум, который засасывает жидкость в нее через приемную трубу 13, по всасывающему каналу 46 через клапан 43. А сжатый воздух, который находился в рабочей камере 31, удаляется из нее по трубопроводу вакуума 53 и через вакуумный насос 8 на поверхность. По мере поступления жидкости в рабочую камеру 31 всплывает магнитный поплавковый клапан 35 насоса-модуля 1 до тех пор, пока не достигнет герконового датчика уровня 41, после чего датчик дает сигнал на блок управления 28, который формирует команду на переключение двухходового пневмораспределителя 27.

После переключения пневмораспределителей 27 на насосе-модуле 1 и 2 (фиг.4) сжатый воздух начинает поступать в камеры 31 насосов-модулей 1 и 2. Из камеры 31 происходит вытеснение жидкости через клапаны 45 по нагнетательным каналам 47, по трубопроводу продукта 11, по всасывающим каналам 46 насосов-модулей 2 и 3, через всасывающие клапаны 42 в камеры 30. А сжатый воздух из этих камер вытесняется поступающей жидкостью по каналам 48, через пневмораспределители 27, трехходовые краны 29 в сквозные каналы отработавшего газа 54, дальше в затрубное пространство скважины. Сжатый воздух из камеры 30 насоса-модуля 1 отсасывается в трубопровод вакуума 15 по пневмовакуумному каналу 48 через пневмораспределитель 27, трехходовой кран 29 и сквозной канал вакуума 53 по трубопроводу вакуума и вакуумный насос 8 на поверхность, а создавшееся разрежение засасывает жидкость.

По мере поступления жидкости в рабочие камеры 30 насосов-модулей 1, 2 и 3 всплывают магнитные поплавковые клапаны 34 до тех пор, пока не достигнут герконовых датчиков уровня 40, после чего датчики дают сигнал на блоки управления 28, которые формируют команду на переключение двухходовых пневмораспределителей 27. Таким образом цикл повторяется, что приводит к непрерывному подъему жидкости по трубопроводу продукта 11, пока не будет прекращена подача к насосам-модулям сжатого воздуха, электропитания или вакуума.

Техническая задача, добыча воды с больших глубин негазированной жидкости с механическими примесями, в том числе и из скважин с малым дебетом, решена за счет способа многоступенчатого подъема жидкости путем непрерывного подъема жидкости взаимозаменяемыми пневматическими двухкамерными насосами замещения, соединенными сквозными каналами вакуума, отработавшего газа, сжатого газа и сквозным проводом электрической цепи, с датчиками уровня в каждой рабочей камере, трехходовым краном, электрическим двусторонним пневмораспределителем и блоком управления в каждой ступени; при всасывании жидкости в одну из рабочих камер нижней ступени, трехходовой кран которой установлен при монтаже в положение «вакуум», одновременно заполняют сжатым воздухом другую камеру этой ступени; по сигналам от датчика уровня блок управления формирует команду на переключение двустороннего пневмораспределителя, после чего в заполненную камеру нижней ступени подают сжатый воздух, вытесняют жидкость в одну из рабочих камер верхней ступени, трехходовой кран которой установлен при монтаже в положение «отработавший газ», атмосферный воздух из которой вытесняют в затрубное пространство; при заполнении одной из рабочих камер верхней и нижней ступеней, по сигналам от датчиков уровня нижней и верхней ступеней, их блоки управления формируют команду на переключение двусторонних пневмораспределителей.

Способ добычи пластовой негазированной жидкости относится к области добычи воды и может быть использован для добычи пластовой воды и других негазированных жидкостей из глубоких скважин. Способ многоступенчатого подъема жидкости осуществляется путем непрерывного подъема жидкости взаимозаменяемыми пневматическими двухкамерными насосами замещения, соединенными сквозными каналами вакуума, отработавшего газа, сжатого газа и сквозным проводом электрической цепи, с датчиками уровня в каждой рабочей камере, трехходовым краном, электрическим двусторонним пневмораспределителем и блоком управления в каждой ступени; при всасывании жидкости в одну из рабочих камер нижней ступени, трехходовой кран которой установлен при монтаже в положение «вакуум». Одновременно заполняют сжатым воздухом другую камеру этой ступени. По сигналам от датчика уровня, блок управления формирует команду на переключение двустороннего пневмораспределителя. После этого в заполненную камеру нижней ступени подают сжатый воздух. Затем вытесняют жидкость в одну из рабочих камер верхней ступени, трехходовой кран которой установлен при монтаже в положение «отработавший газ», атмосферный воздух из которой вытесняют в затрубное пространство. При заполнении одной из рабочих камер верхней и нижней ступеней, по сигналам от датчиков уровня нижней и верхней ступеней, их блоки управления формируют команду на переключение двусторонних пневмораспределителей. Упрощается процесс добычи с больших глубин негазированной жидкости с механическими примесями. 4 ил.

Способ добычи пластовой негазированной жидкости, включающий в себя подъем жидкости насосами в нескольких ступенях, отличающийся тем, что способ осуществляют во всех ступенях путем непрерывного подъема жидкости взаимозаменяемыми пневматическими двухкамерными насосами замещения, соединенными трубопроводами добываемой жидкости, вакуума, сжатого воздуха, кабелем электропитания и снабженными нагнетательным и всасывающим каналами и сквозными каналами вакуума, отработавшего газа, сжатого газа и сквозным проводом электрической цепи, с датчиками уровня в каждой рабочей камере, трехходовым краном, электрическим двусторонним пневмораспределителем и блоком управления в каждой ступени; при всасывании жидкости в одну из рабочих камер нижней ступени, трехходовой кран которой установлен при монтаже в положение «вакуум», одновременно заполняют сжатым воздухом другую камеру этой ступени; по сигналам от датчика уровня блок управления формирует команду на переключение двустороннего пневмораспределителя, после чего в заполненную камеру нижней ступени подают сжатый воздух, вытесняют жидкость в одну из рабочих камер верхней ступени, трехходовой кран которой установлен при монтаже в положение «отработавший газ», атмосферный воздух из которой вытесняют в затрубное пространство; при заполнении одной из рабочих камер верхней и нижней ступеней по сигналам от датчиков уровня нижней и верхней ступеней их блоки управления формируют команду на переключение двусторонних пневмораспределителей.