УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2015 года по МПК E21B43/16 E21B34/06 E21B43/08 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважины с большим углом наклона эксплуатационной колонны.

Известен скважинный штанговый насос (патент RU №2173381, МПК E21B 43/00 опубл. в бюл №25 от 10.09.2001 г.), состоящий из цилиндра с заглушкой и радиальными отверстиями, соединенного с колонной насосно-компрессорных труб, и плунжера с клапанами, соединенного с колонной насосных штанг, при этом насос снабжен пружиной и толкателем, размещенными на плунжере в верхней клапанной клетке для поджатия клапана к седлу, в котором имеются прорези, а к нижней части плунжера, где его наружная поверхность выполнена конической, присоединена нижняя клапанная клетка с клапаном и седлом, причем седло зафиксировано переводником с внутренним сквозным каналом, перекрытым мембраной, которая закреплена гайкой, имеется также крестовина, ограничивающая перемещение мембраны после ее срабатывания, и радиальное отверстие для выравнивания давлений, при этом на верхний конец цилиндра навинчена муфта, с которой связан фильтр, установленный в интервале размещения радиальных каналов, а на нижний конец цилиндра закреплен с помощью муфты и переводника контейнер с заглушкой для сбора различных частиц и посторонних предметов, которые поступают в него через каналы переводника, в котором на поперечной планке предусмотрен шток для разрушения мембраны.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, оно не позволяет надежно эксплуатировать скважины с большим углом наклона из-за неравномерного заполнения жидкостью фильтра и хвостовика и влияния газа на работу насоса;

- во-вторых, конструкция подпружиненного клапана не обеспечивает надежную работу насоса при размещении в скважине с большим углом наклона;

- в-третьих, металлоемкость конструкция устройства.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является устройство для эксплуатации скважины (патент RU №2388901, МПК E21B 43/00, опубл. в бюл №13 от 10.05.2010 г.), включающее колонну насосно-компрессорных труб, насос, хвостовик, оснащенный на нижнем конце клапаном и фильтром, причем в качестве клапана использован клапан с подпружиненным тарельчатым конусом и направляющими, одна из которых снабжена пружиной, другая - ограничителем, фильтр выполнен в виде трубы с отверстиями и заглушенным сферической заглушкой снизу, причем отверстия фильтра выполнены радиальной конической формы, отверстия обращены большим диаметром конуса внутрь фильтра, имеют наружный диаметр 40-60 мм и внутренний диаметр 80-100 мм при толщине стенки 5,5-9,0 мм.

Недостатком данного устройства являются:

- во-первых, низкая эффективность очистки фильтром добываемого продукта, так как отверстия в фильтре обращены большим диаметром конуса внутрь фильтра и имеют наружный диаметр 40-60 мм, внутренний диаметр 80-100 мм при толщине стенки 5,5-9,0 мм. При такой конструкции фильтр свободно пропускает через себя внутрь все загрязняющие частицы: шлам, грязь, окалины с НКТ и механические примеси, которые сначала откладываются на стенке отверстий фильтра, сужая проходное сечение отверстий фильтра, вследствие чего резко снижается дебит добываемого продукта, а впоследствии полностью закупоривают (кольматируются) отверстия трубы фильтра;

- во- вторых, короткий межремонтный период работы устройства в горизонтальной скважине, из-за того что в скважинный штанговый насос и на седло тарельчатого клапана оседают окалины, механические примеси и грязь, свободно прошедшие через фильтр, что вызывает преждевременный износ оборудования (насос, клапан), в связи с чем штанговый насос выходит из строя, а клапан теряет герметичность;

- в-третьих, металлоемкая (пружина, тарелка, ограничитель) конструкция клапана;

- в-четвертых, низкая надежность работы клапана в горизонтальной скважине, обусловленная несовершенством ее конструкции, так как велика вероятность поломки пружины ввиду восприятия ею знакопеременных нагрузок в процессе работы устройства.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности очистки фильтром добываемого продукта, увеличение межремонтного периода работы устройства, а также снижение металлоемкости клапана и повышение надежности работы клапана в горизонтальной скважине.

Поставленная техническая задача решается устройством для интенсификации работы горизонтальной скважины, включающим колонну насосно-компрессорных труб с насосом, клапан, хвостовик, оснащенный на нижнем конце фильтром, выполненным в виде трубы с отверстиями и заглушенным сферической заглушкой снизу.

Новым является то, что в составе колонны насосно-компрессорных труб ниже насоса в вертикальной части горизонтальной скважины размещен клапан, причем к клапану снизу присоединен хвостовик с фильтром, при этом клапан выполнен в виде муфты, оснащенной конусным седлом и установленной в муфту двухступенчатой пробки из пластикового материала со сквозными окнами, выполненными на ее боковой поверхности, причем верхняя ступень пробки герметично взаимодействует с муфтой, а между нижней ступенью двухступенчатой пробки и муфтой выполнен кольцевой зазор, причем нижний торец пробки выполнен в виде конуса и имеет возможность герметичного взаимодействия с конусным седлом муфты, а двухступенчатая пробка имеет возможность ограниченного осевого перемещения относительно муфты, при этом высота двухступенчатой пробки меньше расстояния от отверстия в муфте до торца нижней трубы колонны насосно-компрессорных труб, причем на концах трубы с отверстиями диаметром 6-7 мм жестко закреплены опоры, между опорами на трубе напротив отверстий концентрично установлен фильтрующий элемент из намотанной витками по спирали проволоки с зазором 1,0 мм между витками, соединенной с проволочными продольными стрингерами, образующими между трубой и фильтрующим элементом дренажные каналы.

На фигуре 1 схематично изображено предлагаемое устройство.

На фигуре 2 схематично изображен клапан в закрытом положении в увеличенном виде.

На фигуре 3 схематично изображен клапан в открытом положении в увеличенном виде.

На фигуре 4 схематично изображен фильтр в увеличенном виде.

Устройство для интенсификации работы горизонтальной скважины 1 (см. фиг. 1) включает колонну насосно-компрессорных труб 2 с насосом 3. В составе колонны насосно-компрессорных труб 2 ниже насоса 3 в вертикальной части 1′ горизонтальной скважины 1 размещен клапан 4.

В качестве насоса применяют любой известный насос, предназначенный для отбора нефти из горизонтальной скважины 1, например, применяют электроцентробежный насос марки ЭЦНМ5-500-1250.

К клапану 4 снизу присоединен хвостовик 5, оснащенный на нижнем конце фильтром 6, выполненным в виде трубы 7 с отверстиями 8 и заглушенным сферической заглушкой 9 снизу.

Клапан 5 выполнен в виде муфты 10 (см. фиг. 2 и 3), оснащенной конусным седлом 11 и установленной в муфту 10 двухступенчатой пробки 12 из пластикового материала со сквозными окнами 13, выполненными на ее боковой поверхности 14.

Верхняя ступень 15 двухступенчатой пробки 12 герметично взаимодействует с муфтой 10, а между нижней ступенью 16 двухступенчатой пробки 12 и муфтой 10 выполнен кольцевой зазор 17.

Нижний торец двухступенчатой пробки 12 выполнен в виде конуса 18 и имеет возможность герметичного взаимодействия с конусным седлом 11 муфты 10.

Двухступенчатая пробка 12 имеет возможность ограниченного осевого перемещения относительно муфты 10.

Высота - h двухступенчатой пробки 12 из пластикового материала меньше расстояния - H от отверстия 19 в муфте 10 до торца нижней трубы колонны насосно-компрессорных труб 2. Например, высота двухступенчатой пробки 12: h=150 мм, а расстояние от отверстия 19 в муфте 10 до торца нижней трубы колонны насосно-компрессорных труб 2: H=200 мм.

В фильтре 6 на концах трубы 7, в качестве которой, например, применяют патрубок наружным диметром 73 мм с толщиной стенки 5,5 мм и длиной 1-2 м (см. фиг. 1 и 4) с отверстиями 8 диаметром 5-7 мм, например диаметром d=6 мм, жестко закреплены опоры 20 и 21, соответственно.

Опытным путем установлено, что пропускная способность отверстий 8, выполненных в трубе 7, диаметром d=5-7 исключает отложение частиц при фильтрации добываемого продукта на стенках отверстий 8 и как следствие сужение и кольматацию отверстий 8 трубы 7 фильтра 6 в процессе работы устройства.

Между опорами 20 и 21 (см. фиг. 4) на трубе 7 напротив отверстий концентрично установлен фильтрующий элемент 22 из намотанной витками по спирали проволоки 23, например, круглого сечения с диаметром проволоки 2,5 мм с зазором: a=1,0 мм между витками, соединенной, например, при помощи точечной сварки с проволочными продольными стрингерами 24, образующими между трубой 7 и фильтрующим элементом 22 дренажные каналы 25.

Устройство работает следующим образом.

Производят монтаж устройства в горизонтальной скважине 1, как показано на фигуре 1. После монтажа устройства в горизонтальной скважине 1 клапан 4 остается в закрытом положении (см. фиг. 2), т.е. двухступенчатая пробка 12 из пластикового материала своим нижним торцом, выполненным в виде конуса 13, герметично взаимодействует с конусным седлом 11 муфты 10.

Далее запускают насос 3 (см. фиг. 1) в работу. Добываемый продукт (скважинная жидкость), содержащий частицы (шлама, грязи, механических примесей и прочее), проходит через зазор: a=1 мм между витками намотанной по спирали проволоки 23 фильтрующего элемента 22 и попадает в дренажные каналы 25. В дренажных каналах 25 добываемый продукт растекается вдоль трубы 7 и поступает через отверстия 8 диаметром d=6 мм трубы 7 внутрь фильтра 6.

Крупные частицы (более 1,0 мм), содержащиеся в скважинной жидкости, оседают в стволе горизонтальной скважины 1 вне фильтра 6, а частицы, имеющие размер как ширина зазора a=1,0 мм и менее, проходят между витками намотанной по спирали проволоки 23 фильтрующего элемента 22, оседают в дренажных каналах 25 и не попадают через отверстия 8 внутрь фильтра 6.

Предлагаемая конструкция фильтра 6 позволяет повысить эффективность очистки фильтром 6 добываемого продукта, так как наличие фильтрующего элемента 22 и дренажных каналов 25, в котором растекается добываемый продукт, предотвращает поступление внутрь фильтра 6 частиц, оседающих на скважинном оборудовании (клапане 4, насосе 3, хвостовике 5 и в колонне насосно-компрессорных труб 2).

Благодаря усовершенствованной конструкции фильтра 6, оснащенной фильтрующим элементом 22 из намотанной витками по спирали проволоки 23 с зазором a=1,0 мм между витками, соединенной с проволочными продольными стрингерами 24, образующими между трубой 7 и фильтрующим элементом 22 дренажные каналы 25, частицы, содержащиеся в скважинной жидкости, отфильтровываются и не попадают в клапан 4 и в насос 3, что предотвращает их преждевременный износ и позволяет продлить межремонтный период работы оборудования (насоса, клапана).

Двухступенчатая пробка 12 (см. фиг. 2 и 3) поднимается вверх потоком добываемого продукта на расстояние, равное разности H-h=200 мм - 150 мм=50 мм, при этом двухступенчатая пробка 12 упирается в торец нижней трубы колонны насосно-компрессорных труб 2.

В результате добываемый продукт попадает в кольцевой зазор 17, выполненный между нижней ступенью 16 пробки 12 и муфтой 10, откуда добываемый продукт через сквозные окна 13, выполненные на боковой поверхности 14 двухступенчатой пробки 12, поступает в колонну насосно-компрессорных труб 2 и попадет на прием насоса 3, который перекачивает добываемый продукт по колонне насосно-компрессорных труб 2 на устье скважины, откуда добываемый продукт направляется на сборный пункт (на фиг. 1, 2, 3,4 не показано).

При остановке насоса 3 жидкость из колонны насосно-компрессорных труб 2 под действием сил тяжести устремляется обратно в горизонтальную скважину 1 и, воздействуя на двухступенчатую пробку 12, сажает ее нижним торцом в конусное седло 11 муфты 10 клапана 4, герметично закрывая отверстие 19. Из-за относительной ползучести пластикового материала двухступенчатой пробки 12 она герметично закрывает отверстие 4, какой бы коррозионный и абразивный износ конусное седло 11 муфты 10 не имело. Таким образом, предлагаемая конструкция клапана исключает негерметичность закрытия клапана 4 и упрощает его конструкцию.

В предлагаемой конструкции клапана исключены пружина, тарелка, ограничитель, при этом двухступенчатая пробка клапана выполнена из пластикового материала, за счет чего значительно снижается металлоемкость клапана.

Повышается надежность работы клапана, размещенного в вертикальной части в горизонтальной скважине, так как отсутствие пружины в конструкции клапана исключает восприятие знакопеременных нагрузок клапаном, при этом клапан срабатывает под действием давления жидкости, воспринимаемого двухступенчатой пробкой из пластикового материала.

Предлагаемое устройство для интенсификации работы горизонтальной скважины позволяет:

- повысить межремонтный период работы устройства в горизонтальной скважине;

- повысить эффективность очистки фильтром добываемого продукта;

- снизить металлоемкость конструкция клапана;

- повысить надежность работы клапана в горизонтальной скважине.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважины с большим углом наклона эксплуатационной колонны. Технический результат - повышение надежности работы устройства в горизонтальной скважине и эффективности очистки добываемого продукта, увеличение межремонтного периода работы устройства, а также снижение его металлоемкости. Устройство включает колонну насосно-компрессорных труб с насосом, клапан, хвостовик. В составе колонны насосно-компрессорных труб ниже насоса в вертикальной части горизонтальной скважины размещен клапан. К клапану снизу присоединен хвостовик с фильтром. Клапан выполнен в виде муфты с конусным седлом и установленной в муфте двухступенчатой пробки из пластикового материала со сквозными окнами, выполненными на ее боковой поверхности. Верхняя ступень пробки герметично взаимодействует с муфтой. Между нижней ступенью двухступенчатой пробки и муфтой имеется кольцевой зазор. Нижний торец пробки выполнен в виде конуса и имеет возможность герметичного взаимодействия с конусным седлом муфты. Двухступенчатая пробка имеет возможность ограниченного осевого перемещения относительно муфты. Высота двухступенчатой пробки меньше расстояния от отверстия в муфте до торца нижней трубы колонны насосно-компрессорных труб. На концах трубы с отверстиями диаметром 6-7 мм жестко закреплены опоры. Между опорами на трубе напротив отверстий концентрично установлен фильтрующий элемент. Он выполнен из намотанной витками по спирали проволоки с зазором 1,0 мм между витками, соединенной с проволочными продольными стрингерами, образующими между трубой и фильтрующим элементом дренажные каналы. 4 ил.

Устройство для интенсификации работы горизонтальной скважины, включающее колонну насосно-компрессорных труб с насосом, клапан, хвостовик, оснащенный на нижнем конце фильтром, выполненным в виде трубы с отверстиями и заглушенным сферической заглушкой снизу, отличающееся тем, что в составе колонны насосно-компрессорных труб ниже насоса в вертикальной части горизонтальной скважины размещен клапан, причем к клапану снизу присоединен хвостовик с фильтром, при этом клапан выполнен в виде муфты, оснащенной конусным седлом и установленной в муфту двухступенчатой пробки из пластикового материала со сквозными окнами, выполненными на ее боковой поверхности, причем верхняя ступень пробки герметично взаимодействует с муфтой, а между нижней ступенью двухступенчатой пробки и муфтой выполнен кольцевой зазор, причем нижний торец пробки выполнен в виде конуса и имеет возможность герметичного взаимодействия с конусным седлом муфты, а двухступенчатая пробка имеет возможность ограниченного осевого перемещения относительно муфты, при этом высота двухступенчатой пробки меньше расстояния от отверстия в муфте до торца нижней трубы колонны насосно-компрессорных труб, причем на концах трубы с отверстиями диаметром 6-7 мм жестко закреплены опоры, между опорами на трубе напротив отверстий концентрично установлен фильтрующий элемент из намотанной витками по спирали проволоки с зазором 1,0 мм между витками, соединенной с проволочными продольными стрингерами, образующими между трубой и фильтрующим элементом дренажные каналы.