СПОСОБ ДРЕНИРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ СО СКВАЖИН ПРИ ПОДЗЕМНОМ СПОСОБЕ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 2018 года по МПК E21B34/02 F16K31/18 

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к способам дренирования жидкости со скважин, и может быть использовано для дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти.

Заявляемый способ используется для эксплуатации непосредственно на устьях скважин и автоматизирует процесс спуска жидкости из скважин без выделения вредных паров и газов в атмосферу, где могут находиться люди. Заявляемый способ устраняет выход пара и попутных газов в рудничную атмосферу при эксплуатации подземных скважин. Основная цель технического решения - автоматизация процесса эксплуатации скважин без присутствия людей, без выхода пара и газов из скважины, что позволяет повысить безопасность при данной технологической операции.

В настоящее время дренирование скважин производится с той частотой, которую позволяют технические и технологические возможности при данной операции. Однако при использовании заявляемого способа такое понятие как частота дренирования уйдет за ненадобностью, т.к. этот процесс будет автоматическим и непрерывным без участия людей на всем участке времени работы скважин.

При существующем уровне техники дренирование жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти наиболее часто проводят двумя способами: используют клапан поплавковый с компенсатором верхнего расположения с вертикальным поплавком и клапан поплавковый рычажный с горизонтальным поплавком.

Известен способ с использованием клапана поплавкового с компенсатором верхнего расположения с вертикальным поплавком (фиг. 11), который оснащен компенсатором верхнего расположения 37 без плавной регулировки жидкости, и содержит корпус 37, клапан 35, направляющие 32, поршневой компенсатор 29, 30, 37 и шток 36. При известном способе подача жидкости происходит через втулку 31, дренаж через клапан 35. Недостатком известного способа является низкая эксплуатационная надежность из-за попадания абразива на рабочую поверхность втулки 37, что приводит к заклиниванию поршня 30. Также значительным недостатком является то, что известный способ не обеспечивает плавную регулировку выхода жидкости, вследствие чего происходит утечка пара и попутных газов вместе с жидкостью, что повышает пожароопасность, что особенно важно при подземном способе добычи нефти.

Известен способ с использованием клапана поплавкового рычажного с горизонтальным поплавком (фиг. 12), состоящего из корпуса 46, поплавка 38, кулисы 39, двух разнонаправленных клапанов 40, 41, при котором вход жидкости происходит через присоединительный фланец 45, выход через разнонаправленные клапаны 40, 41. Поплавок одним концом закреплен на кулисе 39. Работой клапанов 40, 41 управляют два штока 42, 43, под действием движения кулисы 39, которая со степенью свободы закреплена на опоре 44. Уровень жидкости контролирует саморегулирующийся элемент управления поплавок 38, закрепленный одним концом на кулисе 39. Недостатками известного способа является быстрое засорение песком (запескованность) большой части корпуса, что уменьшает рабочий ход поплавка 38, вследствие чего клапаны 40, 41 не закрываются полностью, и происходит утечка пара и попутных газов. Также недостатком являются большие габаритные размеры устройства, обеспечивающего известный способ, что усложняет его монтаж и ограничивает возможности применения.

Основными недостатками известных способов дренирования является то, что они не обеспечивают плавную регулировку выхода жидкости, что приводит к утечке паров и попутных газов, повышающих пожароопасность, а также необходимость ручного управления процессом дренирования.

Недостатки известных способов устраняет заявляемое техническое решение.

Цель заявляемого способа - повысить надежность и безопасность дренирования жидкости со скважин при подземной добыче нефти за счет устранения утечки паров и попутных газов при работе устройства, путем плавной регулировки выхода жидкости.

Техническая задача - обеспечить плавную регулировку выхода жидкости при дренировании, что устранит утечку пара и попутных газов вместе с жидкостью, и позволит автоматизировать процесс, сделав его непрерывным.

Указанная техническая задача решается за счет способа дренирования, включающего подачу жидкости через верхний отвод (отверстие в крышке верхней камеры) на рассекатель, фильтрующий крупные механические примеси, поступление жидкости в верхнюю камеру с поплавком, затем через отверстия дроссельной перегородки в нижнюю камеру, прохождение в клапанный узел; где под действием высокого уровня жидкости в верхней камере происходит движение поплавка вверх и при помощи штока открытие вначале малого клапана, затем при необходимости увеличения пропускной способности открытие большого клапана, перемещение при этом малого клапана с одной степенью свободы внутри большого клапана и вместе с ним внутри гильзы по общей вертикальной оси; слив жидкости через втулку сброса, затем под действием понижения уровня жидкости в верхней камере перемещение поплавка вниз и закрытие обоих клапанов. По заявляемому способу процесс дренирования производится без выхода пара и попутных газов в рудничную атмосферу, сливается только нефтесодержащая жидкость и механические примеси с взвесями с диаметром частиц, например, до 8 мм. Подача жидкости может осуществляться с температурой до 150°C через верхний отвод (отверстие в крышке верхней камеры), в верхней камере поплавок регулирует уровень жидкости и предотвращает выход пара и попутных газов через клапанный узел. Дроссельная перегородка между верхней и нижней камерами регулирует поток жидкости и выравнивает давления в верхней и нижней камерах. В нижней камере клапанный узел при помощи двух клапанов (малого и большого) дозирует выход жидкости и поддерживает требуемый уровень жидкости в верхней камере. Частично роль дросселя играет малый клапан для уменьшения усилия, требуемого на открытие слива, а далее совокупность движений двух клапанов регулирует поток жидкости для поддержания в нижней камере уровня жидкости, которая играет роль гидрозатвора. Контроль полного дренирования скважины осуществляют через боковой отвод верхней камеры, оснащенный вентилем. Таким образом, достигается плавная регулировка выхода жидкости, которая, делая процесс непрерывным и саморегулирующимся, автоматизирует слив жидкости со скважин, и может использоваться в подземных условиях при повышенных температурах.

Заявляемый способ заключается в том, что жидкость подают через верхний отвод устройства на рассекатель, фильтрующий крупные механические примеси, затем после прохождения через верхнюю камеру, где находится поплавок, через дроссельную перегородку подают в нижнюю камеру, где под действием высокого уровня жидкости в верхней камере поплавок поднимается вверх (верхнее положение) и при помощи штока открывает вначале малый клапан, затем если его пропускной способности не хватает, то открывает большой клапан, при этом малый клапан передвигается внутри большого клапана и вместе с ним по общей вертикальной оси. Далее жидкость через втулку сброса попадает в приемные емкости. Далее под действием понижения уровня в верхней камере поплавок опускается и закрывает клапаны (нижнее положение). При работе клапанного узла жидкость выходит через продольные сквозные отверстия в стенках малого клапана, ориентированные вдоль вертикальной оси. Жидкость из верхней камеры через отверстия в дроссельной перегородке поступает к клапанному узлу через продольные сквозные отверстия в стенках гильзы, ориентированные вдоль плоскости, перпендикулярной вертикальной оси. Через клапанный узел (совокупность двух клапанов с возможностью передвижения малого клапана внутри большого с одной степенью свободы вдоль общей вертикальной оси) нижней камеры сливают основной объем жидкости, который таким образом выступает в роли дросселирующего узла. Частично роль дросселя играет малый клапан для уменьшения усилия требуемого на открытие слива, а далее совокупность движений двух клапанов регулирует поток жидкости для поддержания в нижней камере уровня жидкости, которая играет роль гидрозатвора. Таким образом, за счет подачи жидкости через две разделенных дроссельной перегородкой рабочих зоны, при помощи двух клапанов малого и большого, передвигающихся малый клапан внутри большого и оба они внутри гильзы по общей вертикальной оси в широком диапазоне за счет дросселирующего клапана получаем в результате плавную регулировку выхода жидкости из клапанной коробки, что обеспечивает автоматическое непрерывное дренирование. Заявляемый способ дренирования позволяет сделать непрерывным процесс слива жидкостей, с содержанием мелкодисперсных механических примесей до 5%, с повышением безопасности и предотвращением выхода в атмосферу их газообразных фаз и попутных газов.

Технический результат - повышение безопасности процесса дренирования за счет плавной регулировки выхода жидкости и обеспечения непрерывности процесса.

Технический результат достигается способом дренирования, включающим использование саморегулирующегося элемента управления поплавка, отличающимся использованием устройства дренажного двухкамерного, при котором жидкость подают через верхний отвод устройства на рассекатель верхней камеры, затем после прохождения через верхнюю камеру, где располагают поплавок, через дроссельную перегородку с отверстиями подают в нижнюю камеру, где располагают клапанный узел; под действием высокого уровня жидкости в верхней камере поплавок поднимается вверх и при помощи штока открывает вначале малый клапан, затем при необходимости увеличения пропускной способности открывает большой клапан, при этом малый клапан передвигается с одной степенью свободы внутри большого клапана и вместе с ним по общей вертикальной оси; далее жидкость выходит через втулку сброса, затем под действием понижения уровня жидкости в верхней камере поплавок опускается и закрывает оба клапана. При работе клапанного узла жидкость выходит через продольные сквозные отверстия в стенках малого клапана, ориентированные вдоль вертикальной оси. Жидкость из верхней камеры через отверстия в дроссельной перегородке поступает к клапанному узлу через продольные сквозные отверстия в стенках гильзы, ориентированные вдоль плоскости, перпендикулярной вертикальной оси.

Способ осуществляется при помощи устройства дренажного, в котором разделяют рабочую зону на две камеры и в зависимости от уровня жидкости в верхней камере поплавок при помощи штока открывает и закрывает малый и большой клапаны клапанного узла нижней камеры, что обеспечивает плавную регулировку выхода жидкости через втулку сброса. Устройство состоит из двух камер цилиндрической формы разного диаметра, разделенных между собой дроссельной перегородкой с несколькими отверстиями. Рабочие камеры смонтированы между собой при помощи фланцевого соединения. Верхняя камера разделена по горизонтали на две части, соединенные между собой фланцами на болтовом соединении. Сверху верхняя камера герметично, например, методом сварки, закрыта крышкой в виде круглой пластины и имеет центральное отверстие с резьбовым соединением (верхний отвод). С внутренней части камеры напротив отверстия приварен рассекатель на четырех опорах. В боковой стенке корпуса верхней камеры ниже уровня рассекателя приварена трубка малого диаметра с резьбой (боковой отвод), на которой может быть установлен шаровой кран. В рабочей зоне верхней камеры установлен саморегулирующийся элемент управления (поплавок), соединенный штоком сквозь дроссельную перегородку через втулку с клапанным узлом. Рабочая зона нижней камеры содержит клапанный узел, расположенный внутри гильзы. Клапанный узел содержит два клапана разного диаметра; малый находится внутри большого с возможностью перемещения вдоль стенок большого клапана по общей вертикальной оси. Нижний малый клапан выполнен в виде полого цилиндра со сквозными продольными прорезями стенок и утолщением вокруг торцевого отверстия - так называемой «юбкой» клапана. Гильза, выполненная в виде полого цилиндра с отверстиями, расположена по центру рабочей зоны нижней камеры. В нижнюю часть гильзы вкручена втулка сброса (дренажа) с запрессованным в него седлом. Втулка сброса с седлом через отверстие нижней крышки герметично смонтирована (например, сваркой) со стенками корпуса нижней камеры и зафиксирована крепежным элементом (гайкой).

Осуществляется дренирование следующим образом. Через верхний отвод жидкость подают на рассекатель, потом через верхнюю камеру, где находится поплавок, через дроссельную перегородку она подается в нижнюю камеру, где при высоком уровне жидкости в верхней камере поплавок поднимается вверх (верхнее положение) и при помощи штока, открывается вначале малый клапан, и если его пропускной способности не хватает, то открывается и большой клапан, при этом малый клапан передвигается внутри большого клапана по общей вертикальной оси. Далее жидкость через втулку сброса сливается в приемные емкости. При понижении уровня в верхней камере поплавок опускается и закрывает клапаны (нижнее положение). При работе клапанного узла жидкость выходит через продольные сквозные отверстия в стенках малого клапана, ориентированные вдоль вертикальной оси. Жидкость из верхней камеры через отверстия в дроссельной перегородке поступает к клапанному узлу через продольные сквозные отверстия в стенках гильзы, ориентированные вдоль плоскости, перпендикулярной вертикальной оси. Клапанный узел нижней камеры является основным сливным узлом жидкости, выступает в роли дросселирующего узла. Частично роль дросселя играет малый клапан, уменьшающий усилия требуемое на открытие слива, а далее двойная конструкция из клапанов регулирует поток жидкости для поддержания в нижней камере уровня жидкости, играющей роль гидрозатвора.

Заявляемый способ дренирования предназначен для слива жидкостей, с содержанием мелкодисперсных механических примесей до 5%, и предотвращением выхода в атмосферу их газообразных фаз и попутных газов.

Техническое решение поясняют изображения на фиг. 1-12.

Фиг. 1. Устройство дренажное в сборе, общий вид.

Фиг. 2. Устройство дренажное в разрезе А-А.

Фиг. 3. Нижняя часть устройства дренажного в разрезе.

Фиг. 4. Нижняя камера в разрезе.

Фиг. 5. Устройство дренажное в разрезе, схема движения потоков жидкости при работе устройства.

Фиг. 6. Схема расположения клапанов при работе: нижнее положение.

Фиг. 7. Схема расположения клапанов при работе: среднее положение.

Фиг. 8. Схема расположения клапанов при работе: верхнее положение.

Фиг. 9. Клапанный узел в изометрии (3D) в разрезе.

Фиг. 10. Малый клапан в изометрии (3D),

где 1 - корпус верхней камеры;

2 - корпус нижней камеры;

3 - верхний отвод;

4 - фланец;

5 - боковой отвод;

6 - поплавок;

7 - рассекатель;

8 - опора рассекателя;

9 - крышка верхняя;

10 - крепежный элемент (болт);

11 - крепежный элемент (гайка);

12 - дроссельная перегородка;

13 - гайка нижней крышки;

14 - втулка сброса (дренажа);

15 - шток;

16 - клапан большой;

17 - клапан малый;

18 - крышка нижняя;

19 - отверстия в дроссельной перегородке;

20 - кольцо уплотнительное;

21 - корпус направляющей втулки;

22 - втулка направляющая;

23 - наконечник;

24 - гайка направляющей втулки;

25 - гильза (втулка с отверстиями);

26 - отверстия в стенках гильзы;

27 - седло клапана;

28 - уплотнительное кольцо.

Фиг. 11. Известный клапан дренажный поплавковый с вертикальным поплавком, где

29 - резинка уплотнения поршня;

30 - поршень;

31 - втулка бокового отвода;

32 - направляющие;

33 - поплавок;

34 - корпус;

35 - клапан;

36 - шток;

37 - втулка верхнего отвода;

Фиг. 12. Известный клапан дренажный поплавковый с горизонтальным поплавком, где

38 - поплавок;

39 - кулиса;

40 - клапан;

41 - клапан;

42 - шток;

43 - шток;

44 - опора;

45 - присоединительный фланец;

46 - корпус.

Пример осуществления

Для реализации заявляемого способа используют следующее устройство. Устройство дренажное (фиг. 1-5) состоит из двух камер цилиндрической формы с разными диаметрами, разделенные между собой дроссельной перегородкой с несколькими отверстиями. Рабочие камеры смонтированы между собой при помощи фланцевого соединения. Камера 1 состоит из двух частей, соединенных между собой фланцами на болтовом соединении. В верхней части камеры 1 герметично, например, методом сварки, установлена верхняя крышка 9 в виде пластины из листа металла, в которой расположен верхний отвод 3, оснащенный втулкой с резьбовым соединением. С внутренней части камеры напротив отверстия отвода 3 приварен рассекатель 7 на четырех опорах 8. В стенке верхней части камеры к боковому отводу 5 приварена трубка малого диаметра с резьбой. В процессе применения в дальнейшем на нее устанавливают вентиль (шаровой кран). Также в верхней камере 1 установлен саморегулирующийся элемент управления (поплавок) 6, соединенный штоком 15 сквозь дроссельную перегородку 12 через втулку с клапанным узлом. Рабочие зоны верхней 1 и нижней 2 камер разделены дроссельной перегородкой 12, выполненной в виде шайбы с несколькими отверстиями. Шток 15 от поплавка 6 проходит через втулку с уплотнением в дроссельной перегородке 12 и выходит в рабочую зону нижней камеры 2. Нижняя камера 2 содержит корпус 2 и клапанный узел, расположенный внутри гильзы 25, выполненной в виде полого цилиндра со сквозными отверстиями 26 в стенках. Клапанный узел состоит из малого 17 и большого 16 клапанов. Малый клапан 17 выполнен в виде полого цилиндра с продольными сквозными отверстиями в стенках. Малый клапан жестко связан со штоком 15 поплавка 6 одним торцевым отверстием и имеет утолщение стенки на другом торце. Продольные сквозные отверстия в стенках малого клапана 17 ориентированы вдоль вертикальной оси. Малый клапан 17 расположен внутри большого 16 с одной степенью свободы и при работе перемещается вдоль общей вертикальной оси. Седло 27 клапанного узла располагается в верхнем торце втулки сброса 14, которая в свою очередь запрессована в нижнюю крышку 18, представляющую собой заглушку, приваренную к корпусу нижней камеры. Седло 27 клапанного узла жестко зафиксировано, например, запрессовано в торец втулки сброса 14, нижняя крышка 18 для обеспечения герметичности приварена по краю к стенкам корпуса нижней камеры 2.

Способ осуществляется следующим образом. Через верхний отвод 3 жидкость подается на рассекатель 7, затем пройдя через верхнюю камеру 1 где находится поплавок 6 через дроссельную перегородку 12 попадает в нижнюю камеру 2, где при высоком уровне жидкости в камере 1 поплавок 6 поднимается вверх (верхнее положение) и при помощи штока 15, открывается вначале малый клапан 17, и если его пропускной способности не хватает то, открывается и большой клапан 16), при этом малый клапан передвигается внутри большого клапана по общей вертикальной оси, далее жидкость через втулку сброса сливается в приемные емкости. При понижении уровня в верхней камере 1 поплавок 6 опускается и закрывает клапаны 16, 17 (нижнее положение). Клапанный узел нижней камеры 2 является основным сливным узлом для жидкости, т.е. выступает в роли дросселирующего узла. Частично роль дросселя играет малый клапан 17, для уменьшения усилия требуемого на открытие слива, а далее двойная конструкция из клапанов 16,17 (клапанный узел) регулирует поток жидкости для поддержания в нижней камере 2 уровня жидкости, которая играет роль гидрозатвора.

Заявляемый способ дренирования предназначен для слива жидкостей, с содержанием мелкодисперсных механических примесей до 5%, и предотвращением выхода в атмосферу их газообразных фаз и попутных газов.

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к способам дренирования жидкости со скважин, и может быть использовано для дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти. Способ включает подачу жидкости через отверстие в крышке верхней камеры на рассекатель, фильтрующий крупные механические примеси, поступление жидкости в верхнюю камеру с поплавком, затем через отверстия дроссельной перегородки в нижнюю камеру на клапанный узел. Под действием высокого уровня жидкости в верхней камере происходит движение поплавка вверх и при помощи штока открытие вначале малого клапана, затем при необходимости увеличения пропускной способности открытие большого клапана, перемещение при этом малого клапана с одной степенью свободы внутри большого клапана и вместе с ним внутри гильзы по общей вертикальной оси. После слива жидкости через втулку сброса под действием понижения уровня жидкости в верхней камере происходит перемещение поплавка вниз и закрытие обоих клапанов. Технический результат - повышение безопасности процесса дренирования за счет плавной регулировки выхода жидкости и обеспечения непрерывности процесса. 2 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти, включающий использование саморегулирующегося элемента управления поплавка, отличающийся использованием устройства дренажного двухкамерного, при котором жидкость подают через верхний отвод устройства на рассекатель верхней камеры, затем после прохождения через верхнюю камеру с поплавком, через дроссельную перегородку с отверстиями жидкость поступает в нижнюю камеру на клапанный узел; под действием высокого уровня жидкости в верхней камере поплавок поднимается вверх и при помощи штока открывает вначале малый клапан, затем при необходимости увеличения пропускной способности открывает большой клапан, при этом малый клапан передвигается с одной степенью свободы внутри большого клапана и вместе с ним по общей вертикальной оси; далее жидкость выходит через втулку сброса, затем под действием понижения уровня жидкости в верхней камере поплавок опускается и закрывает оба клапана.

2. Способ дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти по п. 1, отличающийся тем, что при работе клапанного узла жидкость выходит через продольные сквозные отверстия в стенках малого клапана, ориентированные вдоль его вертикальной оси.

3. Способ дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти по п. 1, отличающийся тем, что жидкость из верхней камеры через отверстия в дроссельной перегородке поступает к клапанному узлу через продольные сквозные отверстия в стенках гильзы, ориентированные вдоль плоскости, перпендикулярной вертикальной оси.