Скважинная насосная установка с якорным узлом для беструбной эксплуатации скважин малого диаметра Российский патент 2021 года по МПК F04B47/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации добывающих скважин малого диаметра штанговыми глубинными насосами.

Уровень техники

Известна насосная установка для беструбной эксплуатации скважины (патент РФ №131819, кл. МПК F04B 47/02, дата публ. 27.08.2013), содержащая цилиндр, приемный клапан, плунжер с управляемым нагнетательным клапаном, присоединенный к колонне насосных штанг с центраторами, полый хвостовик с самоуплотняющимся пакером, упором и боковыми отверстиями. Сверху цилиндр соединен с патрубком большего диаметра и длины, снабженным в верхней части сужением, центратором и боковыми отверстиями, а снизу цилиндр соединен с цилиндром меньшего диаметра с размещенным в нем плунжером, снабженным приемным клапаном. Плунжеры между собой соединены штоком. Ниже цилиндра меньшего диаметра расположен самоуправляющийся пакер, дополнительный пакер и хвостовик. Недостатком данной конструкции является недостаточная степень фиксации колонны при ходе штанги вниз.

Известна глубинно-насосная установка для подъема продукции по эксплуатационной колонне скважины (патент РФ №2361115, кл. МПК F04B 47/02, дата публ. 10.07.2009), включающая штанговый насос, содержащий цилиндр, приемный клапан, плунжер с управляемым нагнетательным клапаном, присоединенный к колонне насосных штанг с центраторами, пакер и перепускное устройство. Глубинно-насосная установка ниже перепускного устройства снабжена полым хвостовиком, состоящим из верхней и нижней частей, с дополнительным перепускным устройством, пакером, выполненным в виде самоуплотняющихся манжет с расстоянием между рядом расположенными самоуплотняющимися манжетами, превышающим расстояние между торцами труб в муфтовых соединениях эксплуатационной колонны, и упором. Ниже пакера и выше пакера упора хвостовик снабжен боковыми отверстиями, а дополнительное перепускное устройство выполнено в виде цилиндра, соединенного с нижней частью хвостовика, с боковыми каналами, сообщающимися с внутренней полостью хвостовика, и полого поршня, соединенного с верхней частью хвостовика, с возможностью ограниченного осевого перемещение вниз относительно цилиндра с герметичным перекрытием сообщения между боковыми каналами цилиндра и внутренней полостью хвостовика. Недостатком данной конструкции является технологическая сложность конструкции колонны оборудования.

Известна глубинно-насосная установка для беструбной эксплуатации скважин (патент РФ №2415302, кл. МПК F04B 47/02, дата публ. 27.03.2011), включающая штанговый насос, содержащий цилиндр, приемный клапан, плунжер с управляемым нагнетательным клапаном, присоединенный к колонне насосных штанг с центраторами, пакер, выполненный в виде самоуплотняющихся манжет, полый хвостовик с упором, снабженный ниже пакера и выше упора боковыми отверстиями. Верх цилиндра соединен с патрубком, снабженным боковыми отверстиями и центратором, а в верхнем конце-сужением, и выполненным с внутренним диаметром большим, чем внутренний диаметр цилиндра и с длиной, большей, чем длина плунжера. Плунжер с управляемым нагнетательным клапаном присоединен к колонне насосных штанг с центраторами через нижний полый шток, нижняя, до нагнетательного клапана, часть которого выполнена длиной, равной длине цилиндра и герметично пропущена через приемный клапан с возможностью взаимного осевого перемещения при ограниченном осевом перемещении приемного клапана относительно цилиндра. Верхний конец нижнего полого штока, снабженный кабельным вводом, соединен с колонной насосных штанг, верхний конец которой соединен с нижним концом, снабженным кабельным вводом, верхнего полого штока, пропущенного через устьевой сальник. К колонне насосных штанг прикреплен кабель, нижний и верхний концы которого герметично пропущены через кабельные вводы и полости соответствующих полых штоков. Нижний конец кабеля соединен с глубинным датчиком, а верхний-со вторичным прибором на устье, боковые отверстия полого хвостовика выполнены в виде приемных фильтров. Недостатком данной конструкции является недостаточная степень фиксации колонны при ходе штанги вниз.

Наиболее близким по достигаемому техническому результату является скважинная штанговая насосная установка (патент РФ №140695, кл. МПК F04B 47/00, дата публ. 20.05.2014), содержащая насос с полым плунжером, соединенным полым штоком с колонной полых насосных штанг, и цилиндром, снабженным якорем для фиксации в скважине. Насос выполнен невставным, а его цилиндр снабжен ограничителем относительного перемещения плунжера вверх. Недостатком данной установки является отсутствие возможности зафиксировать якорь в наклонных скважинах с углом наклона более 40 градусов и в горизонтальных скважинах по причине недостаточного веса на якорь для его фиксации. Фиксация данного якоря происходит за счет веса хвостовика и колонны полых штанг. В наклонных и горизонтальных скважинах хвостовик и значительная часть колонны полых штанг распределяется (ложится) по внутренней стенке эксплуатационной колонны, при этом фактический вес, действующий на якорь, значительно снижается. При отсутствии фиксации якоря откачивание скважинной жидкости насосом производиться не будет. Кроме того, возможен износ эксплуатационной колонны.

Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является разработка насосной установки для беструбной эксплуатации скважин малого диаметра не более D114 мм, производительностью до 60 м3/сутки.

Технический результат, достигаемый решением данной задачи, заключается в повышении эффективности фиксации глубинного насосного оборудования при беструбной эксплуатации вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин малого диаметра.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что скважинная насосная установка для беструбной эксплуатации скважин малого диаметра включает соединенные последовательно с эксплуатационной колонной устьевую арматуру, колонну полых насосных штанг, клапан промывочный, невставной штанговый насос, клапанный механизм, уравнительное механическое устройство, аварийный безопасный разъединитель колонны, муфту-заглушку, хвостовик с заглушкой, верхний соединительный патрубок, гидравлически связывающий вход невставного насоса с клапанным механизмом, нижний соединительный патрубок, при этом между нижним соединительный патрубком и муфтой-заглушкой установлен гидравлический якорь, включающий цилиндрический полый корпус с наружным резьбовым участком с одного торца и внутренним резьбовым участком с другого торца, при этом вдоль наружной поверхности цилиндрического полого корпуса диаметрально выполнены в несколько рядов сквозные отверстия таким образом, что планки, установленные вдоль наружной поверхности полого корпуса параллельно его центральной оси, проходят через центры сквозных отверстий, при этом внутри сквозных отверстий установлены плашки, уплотненные резиновыми кольцами с защитными фторопластовыми шайбами и прижатые к цилиндрическому полому корпусу пружинами, удерживаемыми в сжатом состоянии планками, которые закреплены к наружной поверхности полого цилиндрического корпуса разъемным соединением.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлен схема расположения ГНО в скважине.

На Фиг. 2 представлена схема якорного узла.

Осуществление изобретения

Предлагаемая конструкция скважинной насосной установки для беструбной эксплуатации скважин малого диаметра применима при эксплуатации скважин с диаметром эксплуатационной колонны не более 114 мм.

Скважинная насосная установка с якорным узлом для беструбной эксплуатации скважин малого диаметра (Фиг. 1) включает соединенную с эксплуатационной колонной 1 устьевую арматуру 2. Внутри эксплуатационной колонны 1 последовательно сверху вниз размещены колонна полых насосных штанг 3 с центраторами 4, клапан промывочный 5, невставной штанговый насос 6, клапанный механизм 7, уравнительное механическое устройство 8, аварийный безопасный разъединитель колонны 9, якорный гидравлический узел 10, муфта-заглушка 11, хвостовик с заглушкой 12, выполненный в виде НКТ 60хНКТ73. Колонну полых штанг 3 центрируют внутри эксплуатационной колонны 1 центраторами 4. Другой конец колонны полых штанг 3, гидравлически, через промывочный клапан 5 соединен с невставным штанговым насосом 6.

Верхний соединительный патрубок 13, выполненный, например, в виде НКТ60 с муфтой длиной порядка 1 м, гидравлически связывает вход невставного насоса 6 с клапанным механизмом 7. Нижний соединительный патрубок 14, выполненный, например, в виде НКТ60 с муфтой длиной порядка 1 м, соединяет вход разъединителя колонный 9 с якорным гидравлическим узлом 10. С другого торца якорный гидравлический узел 10, последовательно сверху вниз соединен с муфтой-заглушкой 11 и с хвостовиком с заглушкой 12, опирающимся на забой скважины.

Вход в штанговый невставной насос 6, через верхний соединительный патрубок (НКТ60) 13, гидравлически последовательно сверху вниз связан с клапанным механизмом 7, уравнительным механическим устройством 8, аварийным безопасным разъединителем колонны 9, нижним соединительным патрубком (НКТ60) 14 и якорным гидравлическим узлом 10.

Через устьевую арматуру 2 проходит полый устьевой шток 15, гидравлически соединенный в верхней части с устьевым штоком 16 станка-качалки. Нижняя часть полого устьевого штока 15 гидравлически соединена с колонной полых штанг 3. Устьевая арматура гидравлически связана с выкидной линией 17.

Якорный гидравлический узел 10 (Фиг. 2) включает цилиндрический полый корпус 18, с наружным резьбовым участком 19 с одного торца для соединения с трубами и внутренним резьбовым участком 20 с другого торца для муфтового соединения. Вдоль наружной поверхности полого корпуса 18 диаметрально выполнены несколько рядов сквозных отверстий 21 таким образом, что планка 22, установленная вдоль поверхности полого корпуса 18 параллельно его центральной оси, проходит через центры сквозных отверстий 21. Внутри сквозных отверстий 21 установлены плашки 23, уплотненные резиновыми кольцами 24 с защитными фторопластовыми шайбами 26 и прижатые к корпусу 18 пружинами 25. Пружины 25 в транспортном состоянии удерживаются в сжатом состоянии планками 22, которые, в свою очередь, крепят к корпусу 18 винтами 27.

Скважинная насосная установка с якорным узлом для беструбной эксплуатации скважин малого диаметра работает следующим образом: монтаж установки для фиксации глубинного насосного оборудования осуществляют за одну спуско-подъемную операцию в следующей последовательности: снизу вверх монтируют хвостовик 12 (НКТ73 с заглушкой), муфту-заглушку 11 (НКТ60хНКТ73), якорный гидравлический узел 10, нижний соединительный патрубок 14 (НКТ60 с муфтой L=1 м). Далее устанавливают аварийный безопасный разъединитель колонны 9 (например, РК-89-53-350-Т100), уравнительное механическое устройство 8 (например, КУМ-82-40(15)-700-Т100), механизм клапанный обратный 7 (например, КМ-3.00.000 с переводником), который, посредством верхнего соединительного патрубка 14 (НКТ60 с муфтой L=1 м) соединяют с входом невставного насоса 6 (например, НБЭС-57/38 или НБЭС-44/38-1РП.4Н), соединенного с колонной полых штанг 3 (например, ШНП19+ШНП22+ШНП25). Выше насоса 6, на длину одной полой штанги, устанавливают клапан промывочный 5 (например, КП73-14). Центраторы 4 устанавливают на каждую штангу 3. Спуск оборудования производят до упора хвостовика 12 в забой скважины. После этого производят подгонку колонны полых штанг 3 и монтаж полого устьевого штока 15 (например, ШУП42-4.001-02, длиной 8 м), и сальника устьевого с камерой смазки. Подгонку колонны полых штанг 3 выполняют с возможностью полной разгрузки колонны для переключения невставного насоса 6 в состояние прямой промывки.

При разгруженной колонне полых насосных штанг 3 устанавливают на свободный конец полого устьевого штока 15 переходное устройство (например ПВУ-ШНП-1), к которому подсоединяют нагнетательную линию промывочного агрегата для проведения промывки через промывочный клапан 5.

Для заякоривания (фиксации) якорного гидравлического узла 10 производят подачу технологической жидкости в колонну полых штанг 3 с расчетным перепадом давления 4-5 МПА в месте установки якорного гидравлического узла (не более 14 МПа на устье). Для поддержания постоянного давления в полом цилиндрическом корпусе 18 якорного гидравлического узла 10 используют механизм клапанный обратный 7. Под действием давления, планки 22 срывает с винтов 27, пружины 25 разжимаются, плашки 23 выходят за габариты корпуса 18, упираясь в стенки эксплуатационной колонны 1, фиксируя ГНО в области забоя скважины. Посадку якорного гидралического узла 10 проверяют натяжением колонны полых штанг 3 нагрузкой не более 30кН сверх собственного веса ГНО.

Собирают устьевое оборудование 2, включая вертлюг ВЭ-3, полый устьевой шток 15 устьевой, рукав ОРЭ, устанавливают рукав для смазки сальника устьевого.

Перевод якорного гидравлического узла 10 в транспортное положение перед подъемом компоновки осуществляют натяжением колонны полых штанг 3 нагрузкой не менее 40 кН сверх собственного веса глубинного насосного оборудования. При этом срабатывает уравнительное механическое устройство 8 (например, КУМ-82-40) и выравнивает давление внутри якорного гидравлического узла с давлением в затрубном пространстве. При снятии давления, пружины 25 сжимаются, плашки 23 внутри сквозных отверстий 21 возвращаются в исходное положение, после чего осуществляют подъем ГНО.

В случае прихвата якорного гидравлического узла 10 в обсадной колонне 1, колонну полых штанг 3 натягивают с усилием не менее 80 кН сверх собственного веса ГНО, в результате чего происходит отсоединение колонный полых штанг 3 с насосом 6 от якорного гидравлического узла 10 через аварийный безопасный разъединитель колонны 9.

Предлагаемая конструкция скважинной насосной установки с якорным гидравлическим узлом для беструбной эксплуатации скважин малого диаметра обеспечивает высокую скорость монтажа за одну спуско-подъемную операцию, простоту демонтажа за одну спуско-подъемную операцию в штатном режиме. Благодаря применению якорного гидравлического узла исключается необходимость использования нагрузки от веса хвостовика и колонны полых штанг. Представленная конструкция имеет возможность установки в вертикальных, наклонных искривленных, горизонтальных и неглубоких скважинах. При ослаблении усилия фиксации гидравлического якорного узла 10, его повторная фиксация возможна путем подачи давления в колонну полых штанг 3. Кроме того, конструкция установки позволяет постоянно «подкачивать» (нагнетать) давление в якорный гидравлический узел 10, необходимое для его надежной фиксации, при каждом ходе колонны полых штанг 3 вниз.

Представленная конструкция скважинной насосной установки используется на месторождениях ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ». Параметры откачиваемой продукции скважин: мультифазная смесь (нефть-газ-вода) обводненностью до 99%, температурой 10-130°С, плотность пластовой жидкости до 1500 кг/м3, динамическая вязкость до 0,025 Па с, содержание свободного газа на приеме насоса по объему-до 10%, минерализация воды до 10 г/л, максимальный размер механических включений в перекачиваемой среде, не более 1 мм; содержание механических примесей не более 1,3 г/л; суммарное содержание H2S и СO2 не более 200 мг/л; водородный показатель 4,2-6,9 рН.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации добывающих скважин малого диаметра штанговыми глубинными насосами. Скважинная насосная установка включает соединенные последовательно с эксплуатационной колонной устьевую арматуру, колонну полых насосных штанг, клапан промывочный, невставной штанговый насос, клапанный механизм, уравнительное механическое устройство, аварийный безопасный разъединитель колонны, муфту-заглушку, хвостовик с заглушкой, выполненный в виде НКТ, верхний соединительный патрубок, гидравлически связывающий вход невставного насоса с клапанным механизмом, нижний соединительный патрубок. Между нижним соединительным патрубком и муфтой-заглушкой установлен гидравлический якорь, включающий цилиндрический полый корпус с наружным резьбовым участком с одного торца и внутренним резьбовым участком с другого торца. Вдоль наружной поверхности цилиндрического полого корпуса диаметрально выполнены в несколько рядов сквозные отверстия таким образом, что планки, установленные вдоль наружной поверхности полого корпуса параллельно его центральной оси, проходят через центры сквозных отверстий. Внутри сквозных отверстий установлены плашки, уплотненные резиновыми кольцами с защитными фторопластовыми шайбами и прижатые к цилиндрическому полому корпусу пружинами, удерживаемыми в сжатом состоянии планками, которые закреплены к наружной поверхности полого цилиндрического корпуса разъемным соединением. Технический результат заключается в повышении эффективности фиксации глубинного насосного оборудования при беструбной эксплуатации вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин малого диаметра. 2 ил.

Скважинная насосная установка с якорным узлом для беструбной эксплуатации скважин малого диаметра, включающая соединенные последовательно с эксплуатационной колонной устьевую арматуру, колонну полых насосных штанг с центраторами, невставной штанговый насос, клапанный механизм, уравнительное механическое устройство, разъединитель колонны, муфту-заглушку, верхний соединительный патрубок, гидравлически связывающий вход невставного насоса с клапанным механизмом, нижний соединительный патрубок, соединенный с муфтой-заглушкой через якорный узел, отличающаяся тем, что якорный узел включает цилиндрический полый корпус с наружным резьбовым участком с одного торца и внутренним резьбовым участком с другого торца, при этом вдоль наружной поверхности цилиндрического полого корпуса диаметрально выполнены в несколько рядов сквозные отверстия таким образом, что планки, установленные вдоль наружной поверхности полого корпуса параллельно его центральной оси, проходят через центры сквозных отверстий, при этом внутри сквозных отверстий установлены плашки, уплотненные резиновыми кольцами с защитными фторопластовыми шайбами и прижатые к цилиндрическому полому корпусу пружинами, удерживаемыми в сжатом состоянии планками, которые закреплены к наружной поверхности полого цилиндрического корпуса разъемным соединением.