УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБРОСА НЕФТЯНОГО ГАЗА ИЗ ЗАТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА Российский патент 2017 года по МПК E21B34/02 E21B43/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче насосом из скважин нефти с высоким содержанием газа.

Известна глубинно-насосная установка (патент ПМ RU №15209, МПК F04B 47/00, опубл. в бюл. №27 от 27.09.2000), содержащая погружной насос, лифтовую колонну насосно-компрессорных труб, переходящую в выкидную линию скважины, оборудование для обвязки устья с клапанами для стравливания попутного газа из затрубного пространства в выкидную линию, при этом снабжена дополнительным газовым клапаном, размещаемым на лифтовой колонне под оборудованием для обвязки устья, с подпружиненной тарелкой.

Недостатками данной установки являются узкая область применения из-за невозможности работать в скважинах, вскрывающих пласты с высоким пластовым давлением, так как клапан не сможет открыться для сброса газа в лифтовую колонну, так же при размещении клапана под оборудованием для обвязки высока вероятность затопления клапана из затрубного пространства, что так же исключает сброс газа.

Известна арматура устья скважины (патент ПМ RU №60124, МПК Е21В 33/03, опубл. в бюл. №01 от 10.01.2007), включающая трубную головку с фланцем и боковым отводом, трубную подвеску с цилиндрическими каналами для подвески насосно-компрессорных труб и установления запорного органа, при этом фланец трубной головки выполнен с внутренней резьбой для установки прижимного кольца, цилиндрический канал запорного органа имеет сужение в виде усеченного конуса, конусное сужение имеет в торцевой части фаску и выполнено с боковым каналом для сообщения затрубного пространства скважины с внутренней полостью цилиндрического канала подвески, при этом запорный орган имеет цилиндрическую и конусную части, на поверхности которых выполнены канавки для установки уплотняющих колец, кроме того, отжимная пружина запорного органа вынесена в цилиндрическую часть канала, вне зоны воздействия скважинной жидкости.

Недостатками данной арматуры являются узкая область применения из-за невозможности работать в скважинах, вскрывающих пласты с высоким пластовым давлением, так как из-за сообщения внутритрубного пространства с конусной частью запорного органа, и он не сможет закрыться, ухудшая работу насосного оборудования, при этом арматура сложна в изготовлении и обслуживании.

Устройство для сброса нефтяного газа из затрубного пространства (патент RU №2256779, МПК Е21В 43/00, опубл. Бюл. №20 от 20.07.2005), содержащее колонну насосно-компрессорных труб, электроцентробежную насосную установку, устьевую запорную арматуру, эжекторное устройство и обратный клапан, при этом эжекторное устройство расположено на устье скважины при помощи быстросъемного разъемного соединения (БРС) с возможностью создания области пониженного давления в приемной камере по сравнению с давлением в затрубном пространстве скважины, а обратный клапан содержит стопорный штифт, имеющий возможность препятствовать закупорке выходного отверстия обратного клапана при больших расходах - подаче нефтяного газа, причем седло обратного клапана изготовлено съемным с возможностью проведения ревизии при ремонтах.

Недостатками данного устройства являются узкая область применения из-за работы только с электроцентробежными насосами, сложность изготовления и обслуживания индивидуальных для каждой скважины струйных насосов.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание простого и дешевого в изготовлении и обслуживании устройства для сброса нефтяного газа из затрубного пространства с возможностью работы с электропогружными насосами и с погружными плунжерными насосами.

Техническая задача решается устройством для сброса нефтяного газа из затрубного пространства, содержащим лифтовую колонну, насосную установку, устьевую запорную арматуру, отводящий продукцию патрубок, сообщенный с лифтовой колонной, и обратный клапан.

Новым является то, что обратный клапан с регулируемым открыванием для обеспечения необходимого уровня жидкости в затрубном пространстве сообщен с лифтовой колонной выше соединения лифтовой колонны с отводящим патрубком, который за пределами устьевой арматуры изготовлен восходящим от устьевой запорную арматуры на высоту не менее внутреннего диаметра отводящего патрубка, причем сброс нефтяного газа предусмотрен через лифтовую колонну с использованием соответствующего хода плунжера штангового насоса или остановки и последующего запуска электропогружного насоса.

Новым также является то, что отводящий патрубок изнутри снабжен газоотводной трубкой, восходящей от устьевой запорной арматуры с меньшим углом, чем отводящий патрубок, и соединяющей верхнюю зону отводящего патрубка около устьевой запорной арматуры с нижней зоной отводящего патрубка после подъема.

На фиг. 1 изображена схема устройства для сброса нефтяного газа из затрубного пространства.

На фиг. 2 изображен патрубок на участке восхождения от скважины. На фиг. 3 изображен разрез А-А см. фиг. 1.

Устройство для сброса нефтяного газа из затрубного пространства 1 содержит лифтовую колонну 2 (фиг. 1), насосную установку (на фиг. 1 не показана), снабженную кабель-канатом 3 или штангами 3, устьевую запорную арматуру 4, отводящий продукцию патрубок 5, сообщенный с лифтовой колонной 2, и обратный клапан 6. Обратный клапан 6 (любой известной конструкции: шаровой, тарельчатый, конусный и т.п.последние два на фиг. 1 не показаны) с регулируемым открыванием для обеспечения необходимого уровня жидкости в затрубном пространстве 1 сообщен с лифтовой колонной 2 выше соединения лифтовой колонны 2 с отводящим патрубком 5, который за пределами устьевой арматуры 4 изготовлен восходящим под углом α (фиг. 2) от устьевой запорную арматуры 4 (фиг. 1) на высоту Н (фиг. 2) не менее внутреннего диаметра D отводящего патрубка 5 (Н≥D). Отводящий патрубок 5 (фиг. 2 и 3) изнутри может быть снабжен газоотводной трубкой 7, восходящей от устьевой запорную арматуры 4 (фиг. 1) с меньшим углом β (фиг. 2), чем отводящий патрубок 5 (α>β), и соединяющей верхнюю зону 8 отводящего патрубка 5 около устьевой запорную арматуры 4 (фиг. 1) с нижней зоной 9 (фиг. 2) отводящего патрубка 5 после подъема. Технологические соединения и уплотнения, не влияющие на принцип работы устройства, на фиг. 1-3 не показаны или показаны, но не пронумерованы.

Устройство для сброса нефтяного газа из затрубного пространства работает следующим образом.

После гидродинамических исследований свойств пласта (на фиг. 1 не показан) регулируют усилие закрывания обратного клапана 6 (фиг. 1) (например, регулируя поджатие клапана пружиной 10) для обеспечения уровня жидкости в затрубном пространстве 1 (определяют эмпирически). После спуска в скважину лифтовой колонны 2 с клапаном 6 и насосной установки с кабель канатом 3 или штангами 3 устье герметизируют устьевой арматурой 4, обеспечивая сообщение отводящего патрубка 5 с лифтовой колонной 2. Запускают в работу насосную установку, при работе которой продукция пласта поднимается на поверхность, и отбирается по отводящему патрубку 5.

При использовании в качестве насосной установки штангового насоса при ходе плунжера (на фиг. 1 не показан) вместе со штангами 3 вниз из-за не моментального закрытия всасывающего клапана (на фиг. 1 не показан) насоса уровень жидкости в лифтовой колонне 2 незначительно падает создавая внутри разряжение, а скапливающийся в затрубном пространстве 1 нефтяной газ создает вверху избыточное давление, в результате обратный клапан 6 открывается и избыточное количество газа (за счет регулируемого клапана 6) из затрубного пространства 1 поступает внутрь лифтовой колонны 2. При ходе штанг 3 с плунжером вверх в лифтовой колонне 2 создается избыточное давление вытесняющее газ из верхней части лифтовой колонны 1 в отводящий патрубок 5 вместе с продукцией пласта поднимающейся по лифтовой колонне 1 и далее, смешиваясь с продукцией скважины (трехфазной смесью - нефтью, газом и водой), поступает в выкидную линию (на фиг. 1 не показан).

При использовании в качестве насосной установки электропогружного насоса (например, винтового или электроцентробежного) в ходе его работы внутри лифтовой колонны 2 создается избыточное давление, запирающее клапан 6, а в затрубном пространстве 1 скапливается нефтяной газ. Для сброса газа через заданное время (определяемое гидродинамическими исследованиями для исключения снижения уровня жидкости под действием скопившегося газа в затрубном пространстве 1 ниже критического) по кабель-канату 3 перестают подавать электрический ток, останавливая насос. Уровень жидкости в лифтовой колонне начнет снижаться, так как защитный клапан (на фиг. 1 не показан) насоса не закрывается мгновенно, создавая внутри разряжение, а скапливающийся в затрубном пространстве 1 нефтяной газ создает вверху избыточное давление, в результате обратный клапан 6 открывается и избыточное количество газа (за счет регулируемого клапана 6) из затрубного пространства 1 поступает внутрь лифтовой колонны 2. При подаче электрического тока по кабель-канату 3 насос запускается, создается избыточное давление вытесняющее газ из верхней части лифтовой колонны 2 в отводящий патрубок 5 вместе с продукцией пласта поднимающейся по лифтовой колонне 2, и далее, смешиваясь с продукцией скважины (трехфазной смесью - нефтью, газом и водой), поступает в выкидную линию.

За счет того, что отводящий патрубок 5 за пределами устьевой арматуры 4 изготовлен восходящим под углом α (фиг. 2) от устьевой запорной арматуры 4 (фиг. 1) на высоту Н (фиг. 2) не менее внутреннего диаметра D отводящего патрубка 5 (Н≥D), газ сразу отводится от устьевой арматуры 4, так как он по плотности меньше плотности продукции пласта, тем самым исключается подсос газа из отводящего патрубка 5 при ходе вниз плунжера со штангами 3 или при остановке электропогружного насоса. Так как вход отводящего патрубка 5 постоянно находится в пластовой жидкости (а жидкость практически не сжимаема) из-за всплывания газа, не уменьшается эффективность отбора газа из затрубного пространства 1 лифтовой колонны 2.

При образовании большого количества газа, особенно это актуально при использовании в качестве насосной установки электропогружного насоса, необходимо разбить газ при перекачке по отводящему патрубку 5 на мелкие пузырьки, чтобы исключить создание «гидрозатвора» при перекачке продукции пласта по выкидной линии. Для этого отводящий патрубок 5 (фиг. 2 и 3) изнутри дополнительно снабжают газоотводной трубкой 7, восходящей от устьевой запорную арматуры 4 (фиг. 1) с меньшим углом β (фиг. 2), чем отводящий патрубок 5 (α>β), и соединяющей верхнюю зону 8 отводящего патрубка 5 около устьевой запорную арматуры 4 (фиг. 1) с нижней зоной 9 (фиг. 2) отводящего патрубка 5 после подъема. Тем самым газ из зоны 8 поступает в зону 9 по газоотводной трубке 7 за счет подачи естественным путем (сила Архимеда) газа под поток продукции пласта, что приводит к делению потока газа на более мелкие пузырьки при всплывании через жидкость (продукцию пласта).

Так как обратный клапан 6 (фиг. 1) находится выше соединения лифтовой колонны 2 с отводящим патрубком 5, исключается взаимодействие клапана 6 с продукцией пласта и, как следствие, не будет происходить его засорение и отложение на нем парафинов и асфальтенов. В результате упрощается обслуживание устройства в целом.

Отсутствие большого числа сложных элементов также упрощает изготовление устройства и, как следствие, удешевляет в целом.

Предлагаемое устройство для сброса нефтяного газа из затрубного пространства просто и дешево в изготовлении и обслуживании и изготовлено с возможностью работы с электропогружными насосами и погружными плунжерными насосами.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче насосом из скважин нефти с высоким содержанием газа. Технический результат - упрощение устройства и обеспечение возможности использования при работе с электропогружными насосами и погружными плунжерными – штанговыми насосами. Устройство содержит лифтовую колонну, насосную установку и устьевую запорную арматуру. Имеется также отводящий продукцию патрубок. Он сообщен с лифтовой колонной. В состав устройства входи и обратный клапан. Этот клапан выполнен с регулируемым открыванием для обеспечения необходимого уровня жидкости в затрубном пространстве и сообщен с лифтовой колонной выше соединения лифтовой колонны с отводящим патрубком. Упомянутый патрубок за пределами устьевой арматуры изготовлен восходящим от устьевой запорной арматуры на высоту не менее внутреннего диаметра отводящего патрубка. Сброс нефтяного газа предусмотрен через лифтовую колонну с использованием соответствующего хода плунжера штангового насоса или остановки и последующего запуска электропогружного насоса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для сброса нефтяного газа из затрубного пространства, содержащее лифтовую колонну, насосную установку, устьевую запорную арматуру, отводящий продукцию патрубок, сообщенный с лифтовой колонной, и обратный клапан, отличающееся тем, что обратный клапан с регулируемым открыванием для обеспечения необходимого уровня жидкости в затрубном пространстве сообщен с лифтовой колонной выше соединения лифтовой колонны с отводящим патрубком, который за пределами устьевой арматуры изготовлен восходящим от устьевой запорной арматуры на высоту не менее внутреннего диаметра отводящего патрубка, причем сброс нефтяного газа предусмотрен через лифтовую колонну с использованием соответствующего хода плунжера штангового насоса или остановки и последующего запуска электропогружного насоса.

2. Устройство для сброса нефтяного газа из затрубного пространства по п. 1, отличающееся тем, что отводящий патрубок изнутри снабжен газоотводной трубкой, восходящей от устьевой запорной арматуры с меньшим углом, чем отводящий патрубок, и соединяющей верхнюю зону отводящего патрубка около устьевой запорной арматуры с нижней зоной отводящего патрубка после подъема.