Способ пульсирующей эксплуатации скважины и устройство для осуществления способа Российский патент 2018 года по МПК E21B43/00 F04D13/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может использоваться при добыче из скважин жидкости с повышенным газосодержанием посредством перекачки лопастными насосами.

Уровень техники

Известен способ эксплуатации скважин, заключающийся в периодической откачке жидкости насосом из скважины с последующим периодом накопления, при этом процессы накопления и откачки жидкости из продуктивного пласта осуществляются в условиях герметизации затрубного пространства скважины [Щуров В.И. Технология и техника добычи нефти. - М.: Недра, 1983, с.412-415].

Недостатками известного способа являются большие потери добычи нефти по сравнению с режимом непрерывной эксплуатации, обусловленные тем, что средне-интегральная депрессия на пласт при периодической эксплуатации меньше депрессии при непрерывной эксплуатации.

Известен также погружной многоступенчатый центробежный насос, содержащий размещенные в цилиндрическом корпусе рабочие ступени, каждая из которых выполнена из установленного на валу насоса лопастного рабочего колеса и неподвижного лопаточного направляющего аппарата [АС №1763719 СССР, МПК F04D1/06, опубл.1992.09.23].

Недостатком указанного насоса является неустойчивая работа при откачке газожидкостной смеси.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому решению является способ пульсирующей эксплуатации скважины лопастным насосом, включающий периодическое повторение циклов подачи жидкости насосом в колонну подъемных труб и сопровождаемого турбинным вращением рабочих колёс насоса слива жидкости из колонны подъемных труб через насос в скважину при срыве подачи насоса. [АС №1262026 СССР, МПК E21B43/00, опубл.1986.10.07].

Особенностью известного способа является пульсирующий характер режима эксплуатации скважины с переменным направлением потока жидкости в колонне подъемных труб вверх от насоса к устью скважины при подаче жидкости лопастным насосом в колонну подъемных труб и вниз от устья скважины в затрубное пространство в процессе слива жидкости через насос в скважину. Такой режим оказывает положительное влияние на состояние колонны подъемных труб, снижая риск отложений механических примесей, солей и других отложений на поверхности труб и насоса. К недостатку известного способа можно отнести то, что в процессе слива жидкости в скважину вращение насоса изменяется на обратное турбинное вращение рабочих колёс насоса. Поэтому для успешности каждого очередного запуска насоса требуется отключение электродвигателя от напряжения промысловой электрической сети на время слива жидкости из подъемных труб в скважину в каждом цикле. В результате снижается дебит скважины, а частые запуски насоса отрицательно влияют на надежность насоса и электродвигателя.

В качестве прототипа устройства для осуществления предлагаемого способа пульсирующей эксплуатации скважины лопастным насосом выбран многоступенчатый лопастной насос, состоящий из корпусов, в которых помещены пакеты ступеней рабочих колёс, неподвижных направляющих аппаратов и валов, на которые насажены рабочие колёса ступеней, с возможностью вращения вместе с валами, при этом пакеты ступеней состоят из ступеней различных типов, рассчитанных на разные подачи, причем ступени на большие подачи помещены на входном участке насоса, далее по направлению к выходу установлены ступени на меньшие подачи в убывающем порядке их номинальных значений [Свидетельство на ПМ №7459 РФ, МПК F04D 13/00, опубл.1998.08.16].

К недостатку известного устройства следует отнести неустойчивость работы при повышенном газосодержании на приеме насоса и обратное турбинное вращение рабочих колёс насоса [Богданов А. А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти (расчет и конструкция) – М., «Недра», 1968, с. 263 – 264., Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. Автор – Лабах Нула «Разработка методических и технологических решений по выбору предвключенных модулей электроцентробежного насоса в осложненных условиях эксплуатации скважин». Российский Государственный университет нефти и газа (Национальный исследовательский университет) имени Губкина, - Москва, 2016г., с. 34.].

Раскрытие изобретения

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение в части способа и устройства, является преодоление негативного влияния обратного турбинного вращения рабочих колёс насоса в процессе слива жидкости из колонны подъемных труб через насос в скважину на устойчивость работы лопастного насоса, в том числе в условиях повышенного газосодержания на приеме насоса.

Указанный технический результат в части способа достигается тем, что согласно заявляемому способу пульсирующей эксплуатации скважины лопастным насосом, включающему периодическое повторение циклов подачи жидкости насосом в колонну подъемных труб и сопровождаемого турбинным вращением рабочих колёс насоса слива жидкости из колонны подъемных труб через насос в скважину при срыве подачи насоса, при этом турбинное вращение рабочих колёс насоса осуществляют без изменения направления вращения рабочих колёс насоса, а по мере наполнения насоса жидкостью, сливаемой из колонны подъемных труб через насос в скважину, выполняют самоподхват подачи насоса, после этого переходят к следующему циклу подачи жидкости насосом в колонну подъемных труб и далее циклы повторяют, чередуя откачку жидкости насосом из скважины и наполнение насоса в процессе слива жидкостью из колонны подъемных труб при одновременном наполнении скважины жидкостью продолжающимся притоком из продуктивного пласта, тем самым осуществляют автономный пульсирующий режим эксплуатации системы «пласт – скважина – насос».

В части устройства указанный технический результат достигается тем, что устройство для осуществления заявляемого способа пульсирующей эксплуатации скважины лопастным насосом, представляющее собой многоступенчатый лопастной насос, состоящий из корпусов, в которых помещены пакеты ступеней рабочих колёс, неподвижных направляющих аппаратов и валов, на которые насажены рабочие колёса ступеней, с возможностью вращения вместе с валами, при этом пакеты ступеней состоят из ступеней различных типов, рассчитанных на разные подачи, причем ступени на большие подачи помещены на входном участке насоса, далее по направлению к выходу установлены ступени на меньшие подачи в убывающем порядке их номинальных значений (коническая компоновка), а на выходе конической компоновки установлен пакет ступеней противоположного номинального направления вращения рабочих колёс насоса. Этот пакет ступеней противоположного номинального направления вращения рабочих колёс насоса укомплектован в заданном количестве ступенями с большими номинальными подачами и большим крутящим турбинным моментом, достаточным для поддержания неизменным направления вращения рабочих колёс насоса в процессе слива жидкости из колонны подъемных труб через насос в скважину.

Предложенные способ и устройство имеют новые признаки, отсутствующие в выбранных прототипах, что свидетельствует о соответствии заявленных объектов критерию "новизна".

Описание чертежа

На чертеже представлена схема размещения погружной насосной установки в скважине, пробуренной на нефтяной пласт. Насосная установка, посредством которой осуществляется заявленный способ пульсирующей эксплуатации скважины, содержит размещенный в скважине 1 на колонне 2 подъемных труб многоступенчатый лопастной насос 3, приводимый в действие электродвигателем 4, энергия к которому подается по кабелю (позицией не обозначен). В корпусе многоступенчатого лопастного насоса 3, помещены пакеты ступеней рабочих колёс, неподвижных направляющих аппаратов и валов, на которые насажены рабочие колёса ступеней, с возможностью вращения вместе с валами, при этом пакеты ступеней состоят из ступеней различных типов, рассчитанных на разные подачи, причем ступени на большие подачи помещены в пакете 5 на входном участке насоса 3, далее по направлению к выходу установлены ступени на меньшие подачи в убывающем порядке их номинальных значений (пакет 6 ступеней конической компоновки). Комплект насоса 3 дополняет, пакет 7 ступеней противоположного номинального направления вращения рабочих колёс. Этот пакет 7 ступеней противоположного номинального направления вращения рабочих колёс установлен на выходе пакета 6 конической компоновки и укомплектован в заданном количестве ступенями с большими номинальными подачами и большим крутящим турбинным моментом, достаточным для поддержания неизменным направления вращения рабочих колёс насоса 3 в процессе слива жидкости из колонны подъемных труб через насос 3 в скважину 1.

Осуществление изобретения

Способ пульсирующей эксплуатации скважины лопастным насосом согласно настоящему изобретению осуществляют следующим образом. Запускают насос 3 подключением электродвигателя 4 по токоподводящему кабелю к промысловой электросети на требуемое напряжение номинальной частоты и производят откачку пластовой жидкости насосом 3. Постепенно жидкость на уровне приема насоса 3 переходит в состояние газожидкостной смеси, поступает в ступени пакета 5 и сжимается, далее в ступенях пакета 6, развивается рабочий напор и подача насоса 3. На выходе пакета 6 конической компоновки насоса 3 поток перекачиваемой продукции поступает в ступени пакета 7 , из которого подается в колонну 2 подъемных труб скважины 1. Подачу жидкости насосом 3 по колонне 2 подъемных труб на устье скважины 1 выполняют вплоть до срыва напора и подачи насоса 3, после этого происходит сопровождаемый турбинным вращением рабочих колёс насоса 3 слив жидкости из колонны 2 подъемных труб через насос 3 в скважину 1. Благодаря тому, что номинальное направление вращения рабочих колёс пакета 7 противоположно номинальному направлению вращения рабочих колёс пакетов 5 и 6 конической компоновки насоса 3, а крутящий турбинный момент, развиваемый рабочими колёсами пакета 7 насоса 3 больше крутящего турбинного момента рабочих колёс пакета 5 и пакетов 6, в течение процесса слива жидкости из колонны 2 подъемных труб через насос 3 в скважину 1, направление фактического вращения рабочих колёс насоса 3 остается неизменным, задаваемым электродвигателем 4. По мере наполнения ступеней пакета 7, 5 и 6 насоса 3 жидкостью, сливаемой из колонны 2 подъемных труб в скважину 1, выполняют самоподхват подачи насоса 3 и переходят к следующему циклу подачи жидкости насосом 3 в колонну 2 подъемных труб. Далее циклы повторяют, чередуя откачку жидкости насосом 3 из скважины 1 и наполнение насоса 3 жидкостью из колонны 2 подъемных труб при одновременном наполнении скважины 1 жидкостью продолжающимся притоком из продуктивного пласта, тем самым осуществляют автономный пульсирующий режим эксплуатации системы «пласт – скважина – насос».

В целом заявляемое изобретение направлено на повышение устойчивости режима эксплуатации системы «пласт – скважина – насос» и практически не требует дополнительных затрат, поскольку, в предлагаемой компоновке лопастного насоса в новом сочетании используются стандартные лопастные ступени левого и правого номинального направления вращения рабочих колёс насоса. Систематическая смена направления потока жидкости через насос улучшает охлаждение насоса, а благодаря отказу от сложных операций контроля и регулирования частоты напряжения электродвигателя, упрощается управление насосом. По существу, настройка режима скважины на приток жидкости из пласта осуществляется автономно. Кроме того, не требуется установка каких-либо предвключенных устройств на входе насоса, а также глубинных клапанов на выходе насоса и в колонне подъемных труб.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и может использоваться при добыче из скважин жидкости с повышенным газосодержанием посредством перекачки лопастными насосами. Способ пульсирующей эксплуатации скважины лопастным насосом включает периодическое повторение циклов подачи жидкости насосом в колонну подъемных труб и сопровождаемого турбинным вращением рабочих колёс насоса слива жидкости из колонны через насос в скважину при срыве подачи насоса. Турбинное вращение рабочих колёс насоса осуществляют без изменения направления вращения колёс. По мере наполнения насоса жидкостью, сливаемой из колонны через насос, выполняют самоподхват подачи насоса. После этого переходят к следующему циклу подачи жидкости насосом, далее циклы повторяют, чередуя откачку жидкости насосом из скважины и наполнение насоса в процессе слива жидкостью из колонны при одновременном наполнении скважины жидкостью продолжающимся притоком из продуктивного пласта. Тем самым осуществляют автономный пульсирующий режим эксплуатации системы «пласт – скважина – насос». Изобретения направлены на преодоление негативного влияния обратного турбинного вращения рабочих колёс насоса в процессе слива жидкости из колонны подъемных труб через насос в скважину на устойчивость работы лопастного насоса, в том числе в условиях повышенного газосодержания на приеме насоса. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ пульсирующей эксплуатации скважины лопастным насосом, включающий периодическое повторение циклов подачи жидкости насосом в колонну подъемных труб и сопровождаемого турбинным вращением рабочих колёс насоса слива жидкости из колонны подъемных труб через насос в скважину при срыве подачи насоса, отличающийся тем, что турбинное вращение рабочих колёс насоса осуществляют без изменения направления вращения рабочих колёс насоса, а по мере наполнения насоса жидкостью, сливаемой из колонны подъемных труб через насос в скважину, выполняют самоподхват подачи насоса, после этого переходят к следующему циклу подачи жидкости насосом в колонну подъемных труб и далее циклы повторяют, чередуя откачку жидкости насосом из скважины и наполнение насоса в процессе слива жидкостью из колонны подъемных труб при одновременном наполнении скважины жидкостью продолжающимся притоком из продуктивного пласта, тем самым осуществляют автономный пульсирующий режим эксплуатации системы «пласт – скважина – насос».

2. Устройство для осуществления способа пульсирующей эксплуатации скважины лопастным насосом, представляющее собой многоступенчатый лопастной насос, состоящий из корпусов, в которых помещены пакеты ступеней рабочих колёс, неподвижных направляющих аппаратов и валов, на которые насажены рабочие колёса ступеней, с возможностью вращения вместе с валами, при этом пакеты ступеней состоят из ступеней различных типов, рассчитанных на разные подачи, причем ступени на большие подачи помещены на входном участке насоса, далее по направлению к выходу установлены ступени на меньшие подачи в убывающем порядке их номинальных значений (коническая компоновка), отличающееся тем, что на выходе конической компоновки установлен пакет ступеней противоположного номинального направления вращения рабочих колёс насоса.

3. Многоступенчатый лопастной насос по п. 2, отличающийся тем, что пакет ступеней противоположного номинального направления вращения рабочих колёс насоса укомплектован в заданном количестве ступенями с большими номинальными подачами и большим крутящим турбинным моментом, достаточным для поддержания неизменным направления вращения рабочих колёс насоса в процессе слива жидкости из колонны подъемных труб через насос в скважину.