СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОЙ РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХ ПЛАСТОВ Российский патент 2011 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинным насосным установкам для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов с раздельным подъемом продукции каждого пласта.

Известна скважинная штанговая насосная установка для одновременной эксплуатации двух пластов в скважине, содержащая колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, пакер и два последовательно установленных штанговых насоса, плунжеры которых соединены между собой штоком, выход штока из цилиндра верхнего насоса герметизирован, причем прием нижнего насоса сообщен с подпакерным пространством, выкид - обводными каналами с колонной лифтовых труб, прием верхнего насоса сообщен с надпакерным пространством, а его выкид - с внутренней полостью колонны штанг (книга Драготеску Н.Д. «Глубиннонасосная добыча нефти».- М.: «Недра», 1966. - стр.281, рис.207), которую принимаем за аналог.

Недостатком установки по аналогу является сложная конструкция и низкая надежность ее работы в случае, когда в продукции нижнего пласта содержится парафин и (или) песок, осаждающиеся в обводных каналах, кроме того, попадание песка в зазор между плунжером и цилиндром приводит к заклиниванию нижнего насоса. Другой недостаток установки - это невозможность исследования нижнего пласта без извлечения насосов.

Наиболее близким (прототипом) к заявляемому изобретению по совокупности сходных существенных признаков из числа известных технических решений того же назначения принимаем полезную модель по патенту РФ №49573, МПК⁷ E21B 43/14, опубликовано 27.11.2005 г., бюл. №33 под названием «Насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (варианты)».

Насосная установка по прототипу представляет собой колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, установленный между пластами пакер и два последовательно установленных штанговых насоса с соответствующими всасывающими и нагнетательными клапанами, плунжеры которых соединены между собой штоком, последний снизу цилиндра верхнего насоса имеет узел герметизации, причем прием нижнего насоса через свой всасывающий клапан и хвостовик сообщен с подпакерным пространством, прием верхнего насоса через свой всасывающий клапан сообщен с надпакерным пространством, а верхний конец цилиндра нижнего насоса патрубком соединен с нижней частью узла герметизации штока.

Недостатком известной по прототипу насосной установки является сложность ее монтажа в скважине, отсутствие возможности производить обработку призабойной зоны и невозможность глушения нижнего пласта без срыва пакера. При подъеме насосной установки на поверхность при ремонтных работах не обеспечивается слив жидкости из труб.

Предлагаемая насосная установка обеспечивает достижение нового технического результата, выражающегося в том, что упрощается монтаж установки в скважине и повышается надежность ее в эксплуатации. Обеспечивается возможность без подъема насосной установки производить обработку призабойной зоны и глушение как верхнего, так и нижнего пластов без срыва пакера.

При подъеме насосной установки на поверхность при ремонтных работах обеспечивается слив жидкости из труб. Обеспечивается возможность производить малыми объемами технической жидкости удаление асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) в колоннах полых штанг и лифтовых труб.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную по прототипу скважинную насосную установку для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов, содержащую колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, установленный между пластами пакер и два последовательно установленных штанговых насоса с соответствующими всасывающими и нагнетательными клапанами, плунжеры которых соединены между собой штоком, последний снизу цилиндра верхнего насоса имеет узел герметизации, причем прием нижнего насоса через свой всасывающий клапан и хвостовик сообщен с подпакерным пространством, прием верхнего насоса через свой всасывающий клапан сообщен с надпакерным пространством, а верхний конец цилиндра нижнего насоса патрубком соединен с нижней частью узла герметизации штока, согласно предлагаемому изобретению введены новые конструктивные элементы и предложено новое взаимное расположение предложенных и известных конструктивных элементов и их связей, а именно: снаружи цилиндра верхнего насоса с кольцевым зазором установлен цельный кожух с переводной втулкой на верхнем конце, соединяющей верхний конец цилиндра верхнего насоса с нижним концом колонны лифтовых труб, с наружной поверхности переводной втулки выполнены элементы соединения и герметизации с кожухом, а выше уровня цилиндра верхнего насоса в переводной втулке выполнены радиальные каналы, сообщающие полость кольцевого пространства между цилиндром верхнего насоса и его кожухом с внутренней полостью колонны лифтовых труб, на нижнем конце кожуха герметично закреплен переводник, к верхней части которого закреплен нижний конец цилиндра верхнего насоса, а к нижней части переводника через цельный патрубок закреплен верхний конец цилиндра нижнего насоса, в переводнике выполнены узел герметизации штока, радиальные каналы для соединения надпакерного пространства скважины с приемом верхнего насоса и вертикальные каналы для соединения выкида нижнего насоса с полостью лифтовых труб через кольцевое пространство между цилиндром верхнего насоса и его кожухом, колонна полых штанг соединена с верхним концом плунжера верхнего насоса, соединяющий плунжеры обоих насосов шток выполнен цельным с диаметром не менее диаметра плунжера нижнего насоса, при этом снаружи цилиндра нижнего насоса с зазором от него установлена несущая труба, верхний конец которой над верхним концом цилиндра нижнего насоса жестко соединен с цельным патрубком, закрепленным к нижней части переводника, а нижний конец несущей трубы ниже всасывающего клапана нижнего насоса жестко соединен с хвостовиком, сообщающим прием нижнего насоса с подпакерным пространством скважины.

А также тем, что

- в качестве двух последовательно установленных штанговых насосов верхним установлен штанговый дифференциальный насос, а нижним - штанговый трубный насос;

- расстояние между насосами выполнено равным сумме длин нижнего штока - гидроусилителя верхнего дифференциального насоса и штока нижнего насоса;

- снаружи корпуса переводника, закрепленного на нижнем конце кожуха, установлен сетчатый фильтр;

- в хвостовике над пакером установлен обратный клапан, а в нижней части колонны полых штанг установлен промывочный клапан.

Указанные выше новые конструктивные признаки предлагаемой насосной установки являются существенными отличительными признаками заявляемого изобретения по отношению к известной по прототипу насосной установке.

В совокупности известные и новые отличительные существенные признаки обеспечивают заявляемому изобретению достижение нового технического результата.

На чертеже представлена принципиальная схема скважиной насосной установки для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов.

Предлагаемая насосная установка в качестве верхнего насоса содержит штанговый дифференциальный насос 1 со всасывающими 2, нагнетательным 3 клапанами, полым плунжером 4, цилиндром 5, снаружи которого с кольцевым зазором установлен цельный кожух 6. На верхнем конце кожуха 6 закреплена переводная втулка 7, соединяющая верхний конец цилиндра 5 с нижним концом колонны лифтовых труб 8. С наружной поверхности переводной втулки 7 выполнены элементы соединения и герметизации (на чертеже не обозначены) с кожухом 6, а выше уровня цилиндра 5 в переводной втулке 7 выполнены радиальные каналы 9, сообщающие полость 10 кольцевого пространства между цилиндром 5 и кожухом 6 с внутренней полостью 11 колонны лифтовых труб 8, соединенной на устье скважины с системой сбора 12 продукции нижнего пласта 13. На нижнем конце кожуха 6 герметично закреплен переводник 14, к верхней части которого закреплен нижний конец цилиндра 5 верхнего насоса 1, а к нижней части переводника 14 через цельный патрубок 15 закреплен верхний конец цилиндра 16 нижнего штангового трубного насоса 17 с его всасывающим 18, нагнетательным 19 клапанами и полым плунжером 20. В переводнике 14 выполнен узел герметизации (не показан) штока 21, соединяющего полый плунжер 4 верхнего насоса 1 с полым плунжером 20 нижнего насоса 17. В переводнике 14 выполнены радиальные каналы 22 для соединения надпакерного пространства 23 скважины с приемом верхнего насоса 1 и вертикальные каналы 24 для соединения выкида нижнего насоса 17 с внутренней полостью 11 колонны лифтовых труб 8 через полость 10 кольцевого пространства между цилиндром 5 верхнего насоса 1 и его кожухом 6. Полый плунжер 4 верхнего насоса 1 соединен с колонной полых штанг 25, соединенной на устье скважины с системой сбора 26 продукции верхнего пласта 27. В нижней части колонны полых штанг 25 ниже границы вероятного отложения АСПО установлен промывочный клапан 28. Шток 21, соединяющий плунжеры обоих насосов, выполнен цельным с диаметром не менее диаметра плунжера 20 нижнего насоса 17. Нижний конец штока 21 с верхним концом полого плунжера 20 нижнего насоса 17 соединен через стержень 29, длина которого выполнена более величины хода плунжера, а диаметр - меньше диаметра плунжера. При этом расстояние между верхним 1 и нижним 17 насосами выполнено равным сумме длин нижнего штока - гидроусилителя (не показан) верхнего дифференциального насоса 1 и штока (не показан) нижнего насоса 17. Снаружи корпуса переводника 14 установлен сетчатый фильтр 30. Нижний штанговый трубный насос 17 по всей длине снаружи охвачен несущей трубой 31, верхний конец которой над верхним концом цилиндра нижнего насоса 17 жестко соединен с цельным патрубком 15, закрепленным к нижней части переводника 14, а нижний конец несущей трубы 31 ниже всасывающего клапана 18 нижнего насоса жестко соединен с хвостовиком 32, сообщающим прием нижнего насоса 17 с пространством 33 скважины под пакером 34. В хвостовике 32 над пакером 34 установлен обратный клапан 35, а на конце хвостовика установлен фильтр 36, например сетчатый.

Устанавливают насосную установку следующим образом.

Цилиндры 5 и 16 верхнего 1 и нижнего 17 насосов и кожух 6 через переводник 14 соединяют патрубком 15 и в сборе с несущей трубой 31, хвостовиком 32, обратным клапаном 35, пакером 34 и фильтром 36 спускают в скважину на колонне лифтовых труб 8. Пакер 34 устанавливают между пластами 13 и 27 и колонну лифтовых труб 8 подвешивают на устьевом оборудовании скважины. Затем колонну полых штанг 25 с промывочным клапаном 28, плунжерами 20 и 4 и соединяющим их штоком 21 спускают в колонну лифтовых труб 8 до полного вхождения плунжеров 20 и 4 в цилиндры 16 и 5 нижнего 17 и верхнего 1 насосов.

Работа насосной установки.

Колонна полых штанг 25 приводится в возвратно-поступательное движение наземным приводом (не показано). При ходе колонны полых штанг 25 вверх происходит одновременное раздельное заполнение каждого цилиндра продукцией своего пласта. При этом продукция нижнего пласта 13 через фильтр 36, хвостовик 32 и всасывающий клапан 18 заполняет цилиндр 16 нижнего насоса 17, а продукция верхнего пласта 27 через сетчатый фильтр 30, радиальные каналы 22 и всасывающие клапаны 2 заполняет цилиндр 5 верхнего насоса 1.

При ходе колонны полых штанг 25 вниз происходит одновременное раздельное нагнетание продукции из каждого цилиндра на поверхность. При этом из цилиндра 5 верхнего насоса 1 продукция верхнего пласта 27 через нагнетательный клапан 3 и плунжер 4 нагнетается в колонну полых штанг 25, по которой подается на поверхность в систему сбора 26 продукции верхнего пласта 27. Одновременно из цилиндра 16 нижнего насоса 17 продукция нижнего пласта 13 через нагнетательный клапан 19 и плунжер 20, а далее - через вертикальные каналы 24, полость 10 и радиальные каналы 9 продукция нагнетается во внутреннюю полость 11 колонны лифтовых труб 8, по которой подается на поверхность в систему сбора 12 продукции нижнего пласта 13. Далее циклы повторяются.

Обработку призабойной зоны пластов производят путем подачи химреагентов через патрубок 37 в затрубное пространство скважины. В результате их закачки обрабатывается как верхний пласт 27, так и нижний пласт 13, благодаря поступлению химреагентов из затрубного пространства через обратный клапан 35 в подпакерное пространство скважины.

При промывке или глушении скважины по аналогичной схеме производят закачку технологической жидкости через патрубок 37 в затрубное пространство, при этом жидкость поступает через клапаны нижнего 17 и верхнего 1 насосов, вертикальные 24 и радиальные 22 каналы, полость 10 и радиальные каналы 9 во внутреннюю полость 11 колонны лифтовых труб 8 и в колонну полых штанг 25, из которых далее - в выкидные трубопроводы 12 и 26. Наличие промывочного клапана 28 в нижней части колонны полых штанг 25 позволяет производить удаление АСПО как из полых штанг 25, так и из колонны лифтовых труб 8, например, путем промывки их горячей жидкостью малыми объемами.

Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает одновременную раздельную эксплуатацию двух пластов с раздельным подъемом продукции: из нижнего пласта по колонне лифтовых труб 8, из верхнего пласта - по колонне полых штанг 25. При этом обеспечивается возможность раздельного замера дебита каждого пласта и раздельного промыслового сбора продукции пластов. Обеспечивается возможность производить обработку призабойной зоны и глушение как верхнего, так и нижнего пластов без срыва пакера и без подъема насосной установки, производить удаление АСПО из колонны полых штанг и колонны лифтовых труб.

При ремонтных работах заявляемой насосной установки ее подвижную внутреннюю часть, т.е. колонну полых штанг 25 с промывочным клапаном 28, плунжерами 20 и 4 и соединяющим их штоком 21 поднимают на дневную поверхность, производят их ревизию и замену изношенных элементов, после чего их спускают в колонну лифтовых труб 8 до полного вхождения плунжеров 20 и 4 в цилиндры 16 и 5 нижнего 17 и верхнего 1 насосов для дальнейшей эксплуатации.

При подъеме всей насосной установки из скважины после подъема колонны полых штанг с плунжерами на дневную поверхность срывают пакер и производят подъем внешней неподвижной части установки на колонне лифтовых труб 8 со всеми взаимосвязанными с ней элементами: хвостовиком 32, несущей трубой 31 с закрепленным в ней цилиндром 16, цельным патрубком 15, переводником 14 и кожухом 6 с закрепленном в нем цилиндром 5. Слив жидкости из колонны лифтовых труб 8 обеспечивает при этом осевое отверстие приемного клапана дифференциального насоса.

Несущая труба 31, охватывающая нижний насос 17 и жестко соединенная с патрубком 15 и хвостовиком 32, защищает и разгружает нижний насос 17 от внешних нагрузок и позволяет без осложнений устанавливать и срывать пакер 34, что резко повышает надежность установки в эксплуатации.

Изобретение относится к области нефтедобычи, конкретно к скважинным насосным установкам для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов с раздельным подъемом продукции. Насосная установка включает колонну лифтовых труб с переводной втулкой на нижнем конце, в которой верхними концами закреплены цилиндр верхнего насоса и установленный снаружи цилиндра с кольцевым зазором цельный кожух. Выше уровня цилиндра верхнего насоса в переводной втулке выполнены радиальные каналы. Нижние концы цилиндра верхнего насоса и кожуха закреплены в переводнике, в котором выполнены радиальные и вертикальные каналы и узел герметизации штока, соединяющего плунжеры верхнего и нижнего насосов. Шток выполнен цельным, с диаметром не менее диаметра плунжера нижнего насоса. К нижней части переводника через цельный патрубок и несущую трубу закреплен верхний конец цилиндра нижнего насоса, который охвачен несущей трубой. К нижнему концу несущей трубы закреплен хвостовик с фильтром на конце и пакером, устанавливаемым между верхним и нижним пластами. Выкид верхнего насоса соединен с колонной полых штанг, которая на устье скважины выведена в систему сбора продукции верхнего пласта. Выкид нижнего насоса через вертикальные каналы переводника и кольцевую полость между цилиндром верхнего насоса и его кожухом и через радиальные каналы переводной втулки соединен с внутренней полостью лифтовых труб, которые на устье скважины сообщены с системой сбора продукции нижнего пласта. Обеспечивает упрощение монтажа установки в скважине, возможность без подъема установки и без срыва пакера производить обработку призабойной зоны и глушение как верхнего, так и нижнего пластов и слив жидкости из труб установки при подъеме ее на поверхность при ремонтных работах. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов, содержащая колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, установленный между пластами пакер и два последовательно установленных штанговых насоса с соответствующими всасывающими и нагнетательными клапанами, плунжеры которых соединены между собой штоком, последний снизу цилиндра верхнего насоса имеет узел герметизации, причем прием нижнего насоса через свой всасывающий клапан и хвостовик сообщен с подпакерным пространством, прием верхнего насоса через свой всасывающий клапан сообщен с надпакерным пространством, а верхний конец цилиндра нижнего насоса патрубком соединен с нижней частью узла герметизации штока, отличающаяся тем, что снаружи цилиндра верхнего насоса с кольцевым зазором установлен цельный кожух с переводной втулкой на верхнем конце, соединяющей верхний конец цилиндра верхнего насоса с нижним концом колонны лифтовых труб, с наружной поверхности переводной втулки выполнены элементы соединения и герметизации с кожухом, а выше уровня цилиндра верхнего насоса в переводной втулке выполнены радиальные каналы, сообщающие полость кольцевого пространства между цилиндром верхнего насоса и его кожухом с внутренней полостью колонны лифтовых труб, на нижнем конце кожуха герметично закреплен переводник, к верхней части которого закреплен нижний конец цилиндра верхнего насоса, а к нижней части переводника через цельный патрубок закреплен верхний конец цилиндра нижнего насоса, в переводнике выполнены узел герметизации штока, радиальные каналы для соединения надпакерного пространства скважины с приемом верхнего насоса и вертикальные каналы для соединения выкида нижнего насоса с полостью лифтовых труб через кольцевое пространство между цилиндром верхнего насоса и его кожухом, колонна полых штанг соединена с верхним концом плунжера верхнего насоса, соединяющий плунжеры обоих насосов шток выполнен цельным с диаметром не менее диаметра плунжера нижнего насоса, при этом снаружи цилиндра нижнего насоса с зазором от него установлена несущая труба, верхний конец которой над верхним концом цилиндра нижнего насоса жестко соединен с цельным патрубком, закрепленным к нижней части переводника, а нижний конец несущей трубы ниже всасывающего клапана нижнего насоса жестко соединен с хвостовиком, сообщающим прием нижнего насоса с подпакерным пространством скважины.

2. Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве двух последовательно установленных штанговых насосов верхним установлен штанговый дифференциальный насос, а нижним - штанговый трубный насос.

3. Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов по п.2, отличающаяся тем, что расстояние между насосами выполнено равным сумме длин нижнего штока - гидроусилителя верхнего дифференциального насоса и штока нижнего насоса.

4. Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов по п.1, отличающаяся тем, что снаружи корпуса переводника, закрепленного на нижнем конце кожуха, установлен сетчатый фильтр.

5. Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов по п.1, отличающаяся тем, что в хвостовике над пакером установлен обратный клапан, а в нижней части колонны полых штанг установлен промывочный клапан.