СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК E21B43/00 F04D13/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляется группа изобретений, которая относится к нефтяному машиностроению, а именно к многоступенчатым погружным насосам для откачки пластовой жидкости из скважин и к способам эксплуатации скважин, в которых используются такие насосы. В частности, заявляется такое устройство для эксплуатации скважин, как электроцентробежный насос с газоотводящим клапаном, а также модуль газоотводящего клапана такого насоса.

Уровень техники

Известен способ эксплуатации скважин RU 2559999 С2 от 19.09.2014 установкой электроцентробежного насоса, включающий ввод скважины в эксплуатацию, добычу скважинного продукта, остановки, повторные запуски установки, которая включает герметично свинченные насосно-компрессорные трубы электроцентробежного насоса, двигатель, герметично установленные над насосом обратный и сбивной клапаны. Недостатком является то, что при остановке установки обратный клапан, установленный над насосом, герметично закрывается, внутри насоса образуется герметичная область (по сути, колокол), соединенная с пластовой жидкостью в нижней части через отверстия основания или входного модуля. Через эти отверстия насос может заполняться свободным газом, вследствие чего будет затруднен или невозможен повторный запуск.

Наиболее близким аналогом RU 2421602 С1 от 20.06.2011 является способ эксплуатации скважины, включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб, электроцентробежного насоса с входным модулем, электродвигателя с гидрозащитой, универсальный клапан, выполняющий функции обратного и промывочного клапанов. Недостатком является то, что при останове установки обратный клапан, установленный над насосом, герметично закрывается, внутри насоса образуется герметичная область, соединенная с пластовой жидкостью в нижней части через отверстия основания или входного модуля по сути - колокол.

Недостаток приведенных решений состоит в том, что через указанные отверстия насос может заполняться свободным газом, вследствие чего будет затруднен или невозможен повторный запуск.

В настоящий момент газоотводящее устройство насоса отсутствует в используемых в промышленности изделиях. По этой причине ближайшим аналогом являются сбивной и промывочный клапаны, описанные в рассмотренных выше патентах. Их недостатком является то, что они не могут автоматически открываться при остановке насоса. Удаление лишнего газа для данных клапанов является случайной, побочной функцией, которая исполняется лишь изредка: 1) когда клапан сбивной (предназначен для слива жидкости из колонн НКТ при подъеме установки центробежного погружного насоса из скважины) сбивают при подъеме установки, либо 2) когда промывочный клапан задействуется в целях периодической промывки лифта скважин и при закачке ингибиторов для борьбы с солеотложениями, коррозией в насосно-компрессорных трубах, при глушении скважин.

Требуется же техническое решение, которое без специальных дополнительных операций в постоянном режиме будет способствовать удалению излишков газа.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности эксплуатации скважин с высоким содержанием свободного газа за счет устранения вероятности заполнения насоса свободным газом при его остановке. Техническим результатом является решение указанной задачи, в частности, состоящее в эффективном отводе свободного газа из насоса.

Сущность изобретения

Техническая задача решается тем, что применяется способ эксплуатации скважин установкой электроцентробежного насоса, включающий ввод скважины в эксплуатацию, добычу скважинного продукта, остановки, повторные запуски установки, которая включает герметично свинченные насосно-компрессорные трубы, двигатель, электроцентробежный насос, который включает корпус, вал, ступени, основание и ловильную головку, герметично установленные над насосом обратный и сбивной клапаны, при этом в соответствии с предлагаемым изобретением в верхней части насоса и до обратного клапана установлено газоотводящее устройство насоса, которое во время работы насоса герметично, а во время остановки насоса открывается и соединяет верхнюю часть насоса с затрубным пространством, что достигается посредством нормально открытого обратного клапана, гидравлически соединяющего напорную область установки и затрубное пространство.

Для целей настоящей заявки понятия «до» и «после» чего-либо определяются по направлению хода жидкости при работе насоса.

Для целей настоящей заявки понятие «нормально открытый клапан» означает клапан, который в отсутствие потока жидкости (при неработающем насосе) открыт, т.е. пропускает газ в затрубное пространство, и который закрывается при работающем насосе и идущем потоке жидкости.

Под работой насоса и временем работы насоса понимается состояние насоса, когда двигатель насоса запущен и пластовая жидкость перекачивается.

Приведенная совокупность действий приводит к достижению технического результата и к эффективной эксплуатации скважины за счет устранения (отвода) газа и исключения воздушной пробки в скважинном оборудовании (насосе).

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, газоотводящее устройство насоса изготовлено в виде отдельного модуля с газоотводящим клапаном, который установлен непосредственно над ловильной головкой верхней секции насоса.

Предложенный вышеописанный способ реализуется с помощью модуля газоотводящего клапана насоса, который включает корпус модуля, установленный внутри корпуса нормально открытый обратный клапан, гидравлически соединяющий напорную область установки и затрубное пространство, на входе и выходе которого установлены фильтры.

Газоотводящее устройство, установленное в верхней части насоса (в ловильной головке насоса), во время работы насоса должно быть герметично, во время остановки открывается и соединяет верхнюю часть насоса с затрубным пространством. Это позволяет избежать эффекта «газового колокола» и устранить вероятность заполнения насоса свободным газом.

Газоотводящее устройство может быть установлено в ловильной головке верхней секции (верхней части насоса). Если газоотводящее устройство насоса изготовлено в виде отдельного модуля газоотводящего клапана, который устанавливается непосредственно над ловильной головкой верхней секции насоса, это позволяет сохранить унификацию.

Конструктивно наиболее просто изготовить модуль газоотводящего клапана насоса в виде нормально открытого обратного клапана, установленного на внутренней стенке корпуса верхней части насоса в отдельном корпусе или на внутренней стенке корпуса специального модуля насоса в отдельном корпусе. Если на входе и выходе обратного клапана установлены фильтры, это позволит устранить вероятность засорения механическими примесями.

Под верхней частью насоса для целей настоящей заявки понимается часть насоса, расположенная выше ступени (ступеней) центробежного скважинного насоса.

Для целей настоящей заявки словосочетания «модуль газоотводящего клапана» и «модуль с газоотводящим клапаном» понимаются как равнозначные.

Приведенная конструкция устройства приводит к достижению технического результата и к эффективной эксплуатации скважины за счет устранения (отвода) газа и исключения воздушной пробки в скважинном оборудовании (насосе).

Дополнительным техническим результатом выполнения газоотводящего клапана в виде отдельного модуля, надеваемого на ловильную головку насоса, является возможность снабжения уже выпущенных насосов дополнительной секцией такого модуля, что, соответственно, не потребует замены всего насоса или его верхней части.

Краткое описание графических материалов, поясняющих сущность изобретения.

На фиг. 1 схематично показана компоновка скважинного оборудования для осуществления предложенного способа эксплуатации скважин.

На фиг. 2 - модуль газоотводящего клапана насоса в разрезе.

На фиг. 1 приведен частный случай фрагмента установки электроцентробежного насоса, которая включает герметично свинченные насосно-компрессорные трубы (не показаны), двигатель (не показан), электроцентробежный насос 1, который включает корпус 2, вал 3, ступени 4, основание 5 с входными отверстиями 6, ловильную головку 7, герметично установленный над насосом обратный клапан 8, при этом газоотводящее устройство насоса находится в виде отдельного модуля газоотводящего клапана 9; таким образом в верхней части насоса (до обратного клапана) установлено газоотводящее устройство насоса, которое во время работы насоса герметично, а во время остановки открывается и соединяет верхнюю часть насоса с затрубным пространством.

На фиг. 2 приведен сам модуль газоотводящего клапана насоса 8, модуль включает корпус модуля 10, установленный внутри корпуса модуля нормально открытый обратный клапан 11, гидравлически соединяющий внутреннюю область установки 12 и затрубное пространство, на входе и выходе которого установлены фильтры 13 и 14.

Конструктивно газоотводящее устройство насоса может быть изготовлено непосредственно в головке насоса (внутри насоса на его стенке) или, как и показано на приведенных чертежах, в виде самостоятельного модуля, который устанавливается непосредственно над ловильной головкой 7 верхней секции насоса.

Пути реализации изобретения

Техническая задача по способу решается тем, что применяется способ эксплуатации скважин установкой электроцентробежного насоса, включающий ввод скважины в эксплуатацию, добычу скважинного продукта, остановки, повторные запуски установки, которая включает герметично свинченные насосно-компрессорные трубы, двигатель, электроцентробежный насос, который включает корпус, вал, ступени, основание и ловильную головку, герметично установленные над насосом обратный и сбивной клапаны (сбивной клапан не показан на чертежах), при этом в соответствии с предлагаемым изобретением в верхней части насоса и до обратного клапана установлено газоотводящее устройство насоса, которое во время работы насоса герметично, а во время остановки насоса открывается и соединяет верхнюю часть насоса с затрубным пространством, что достигается посредством нормально открытого обратного клапана, гидравлически соединяющего напорную область установки и затрубное пространство.

Техническая задача по устройствам решается тем, что использование в самом насосе (выше ступеней) или в дополнительном модуле в верхней части электроцентробежного скважинного насоса (на ловильной головке) нормально открытого клапана, гидравлически соединяющего напорную область установки и затрубное пространство, позволяет производить постоянное стравливание (опорожнение) газа из верхней части насоса.

Сама установка, используемая указанным способом и имеющая названные конструктивные особенности, работает следующим образом. При вращении двигателем вала 3 погружного многоступенчатого центробежного насоса 1 рабочая жидкость поступает через входные отверстия 6 в основании 5, проходит через ступени 4, установленные в корпусе 2, при этом повышается давление. Свободный газ, который присутствует в пластовой жидкости, растворяется. При работе насоса 1 обратный клапан 11, установленный в корпусе 9, закрыт, обратный клапан 8 открыт. При остановке насоса 1 обратный клапан 8 герметично закрывается, на него давит столб пластовой жидкости из насосно-компрессорных труб. Внутри насоса образуется герметичная область, по сути - перевернутый колокол, соединенная с пластовой жидкостью в нижней части через отверстия 6 основания 5 или входного модуля. После остановки насоса 1 давление во внутренней области 12 снижается до давления в затрубном пространстве, растворенный ранее газ начинает активно выделяться, вытесняя пластовую жидкость через отверстия 6. После окончательного выравнивания давления внутри насоса и снаружи открывается клапан 11. Пластовая жидкость начинает заполнять насос 1 через отверстия 6, поднимаясь вверх, пластовая жидкость вытесняет свободный газ, который выходит через открытый клапан 11. После включения установки, давление в насосе повышается, газоотводящий клапан 11 закрывается и насос 1 начинает работать в штатном режиме.

Использование предлагаемого способа эксплуатации скважин и устройства для его осуществления позволит увеличить надежность эксплуатации и ресурс работы установки.

Группа изобретений относится к нефтяному машиностроению и, в частности, к эксплуатации скважин с использованием многоступенчатых погружных насосов для откачки пластовой жидкости из скважин. Технический результат – повышение надежности эксплуатации скважин за счет удаления газа из внутренней части насоса при его остановке. Способ характеризуется тем, что пластовую жидкость добывают установкой, включающей герметично свинченные насосно-компрессорные трубы, двигатель и электроцентробежный насос. Собственно электроцентробежный насос содержит головку, основание с входными отверстиями для пластовой жидкости и ступени для повышения давления и растворения свободного газа в пластовой жидкости. Над насосом устанавливают обратный и сбивной клапаны. В верхней части электроцентробежного насоса выше его ступеней до обратного клапана устанавливают газоотводящее устройство с нормально открытым обратным клапаном. С помощью этого клапана при остановке электроцентробежного насоса соединяют его напорную область с затрубным пространством и снижают давление в электроцентробежном насосе до давления в затрубном пространстве. Этим обеспечивают выделение растворенного газа и последующее его вытеснение в затрубное пространство пластовой жидкостью. При повторном запуске установки повышают давление в электроцентробежном насосе и обеспечивают закрытие обратного клапана газоотводящего устройства, чем обеспечивают штатный режим работы электроцентробежного насоса. 4 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ эксплуатации скважин с высоким содержанием свободного газа, характеризующийся тем, что пластовую жидкость добывают установкой с герметично свинченными насосно-компрессорными трубами, двигателем и электроцентробежным насосом с головкой, основанием с входными отверстиями для пластовой жидкости и ступенями для повышения давления и растворения свободного газа в пластовой жидкости, при этом над насосом устанавливают обратный и сбивной клапаны, в верхней части электроцентробежного насоса выше его ступеней до обратного клапана устанавливают газоотводящее устройство с нормально открытым обратным клапаном, с помощью которого при остановке электроцентробежного насоса соединяют его напорную область с затрубным пространством, снижают давление в электроцентробежном насосе до давления в затрубном пространстве, обеспечивают выделение растворенного газа и последующее его вытеснение в затрубное пространство пластовой жидкостью, при повторном запуске установки повышают давление в электроцентробежном насосе и обеспечивают закрытие обратного клапана газоотводящего устройства, чем обеспечивают штатный режим работы электроцентробежного насоса.

2. Способ эксплуатации скважин с высоким содержанием свободного газа, характеризующийся тем, что пластовую жидкость добывают установкой с герметично свинченными насосно-компрессорными трубами, двигателем и электроцентробежным насосом с головкой, основанием с входными отверстиями для пластовой жидкости и ступенями для повышения давления и растворения свободного газа в пластовой жидкости, при этом над насосом устанавливают обратный и сбивной клапаны, непосредственно над головкой насоса в виде отдельного модуля устанавливают газоотводящее устройство с нормально открытым обратным клапаном, с помощью которого при остановке электроцентробежного насоса соединяют его напорную область с затрубным пространством, снижают давление в электроцентробежном насосе до давления в затрубном пространстве, обеспечивают выделение растворенного газа и последующее его вытеснение в затрубное пространство пластовой жидкостью, при повторном запуске установки повышают давление в электроцентробежном насосе и обеспечивают закрытие обратного клапана газоотводящего устройства, чем обеспечивают штатный режим работы электроцентробежного насоса.

3. Электроцентробежный насос для эксплуатации скважин с высоким содержанием свободного газа в пластовой жидкости, включающий насосно-компрессорные трубы, головку, основание с входными отверстиями для пластовой жидкости и ступенями для повышения давления и растворения свободного газа в пластовой жидкости, при этом в верхней части электроцентробежного насоса установлено газоотводящее устройство с нормально открытым обратным клапаном, обеспечивающим возможность при остановке электроцентробежного насоса соединения его напорной области с затрубным пространством для снижения давления в электроцентробежном насосе до давления в затрубном пространстве, выделения растворенного газа и его вытеснения в затрубное пространство через обратный клапан газоотводящего устройства с помощью пластовой жидкости от входных отверстий, при этом обеспечена возможность при повторном запуске электроцентробежного насоса закрытия обратного клапана газоотводящего устройства для штатного режим работы электроцентробежного насоса.

4. Модуль газоотводящего клапана электроцентробежного насоса, включающий нормально открытый обратный клапан внутри корпуса, установленного над головкой электроцентробежного насоса для эксплуатации скважин с высоким содержанием свободного газа в пластовой жидкости, при этом упомянутый насос включает насосно-компрессорные трубы, головку, основание с входными отверстиями для пластовой жидкости и ступенями для повышения давления и растворения свободного газа в пластовой жидкости, обратный клапан обеспечивает возможность при остановке электроцентробежного насоса соединения его напорной области с затрубным пространством, снижения давления в электроцентробежном насосе до давления в затрубном пространстве, выделения растворенного газа из пластовой жидкости и его вытеснения в затрубное пространство через обратный клапан с помощью пластовой жидкости от входных отверстий, при этом при повторном запуске электроцентробежного насоса обеспечена возможность закрытия обратного клапана модуля и штатный режим работы устройства.