Способ фиксирования колонны насосно-компрессорных труб якорем в скважинах, эксплуатируемых штанговым насосом Российский патент 2021 года по МПК E21B23/01 F04B47/02 

Изобретение относится к области фиксирования насосно-компрессорных труб (НКТ) в эксплуатационной колонне (ЭК), эксплуатируемых штанговыми насосными установками.

Известен якорь гидравлического действия для фиксации насосно-компрессорных труб в скважинах с штанговыми насосами (патент RU № 2743035, МПК Е21В 23/02, опубл. 12.02.2021 Бюл. № 5), содержащий корпус со сквозным продольным каналом и сообщённую с ним гидравлическую камеру с фиксирующими элементами, срабатывающими под действием перепада давлений, причем в качестве фиксирующих элементов используют эластичный элемент надувного пакера или радиальные плашки-поршни, подпружиненные возвратной пружиной, а гидравлическая камера сообщена с полостью НКТ трубкой через канал в верхней части корпуса и изолирована от продольного сквозного канала корпуса.

Этим якорем осуществляют способ фиксации НКТ в процессе работы штангового насоса, создающего перепад давления выше якоря после натяжения НКТ.

Недостатками этого способа является то, что момент взаимодействия плашек якоря со стенками скважины не контролируем, поэтому возможно недостаточное натяжение труб НКТ для обеспечения снижения потерь на удлинения НКТ в процессе работы штангового насоса.

Известен также якорь для насосно-компрессорных труб (патент RU № 2634316, МПК Е21В 23/06, Е21В 33/1295, опубл. 25.10.2017 Бюл. № 30), включающий корпус, конус, плашки, кожух, срезные штифты, причем на конусе имеется паз в виде ласточкина хвоста, вдоль которого выполнены канавки, в канавках размещены подвижно ролики, установленные в обойму, причем плашки своим основанием опираются на ролики.

Этим якорем осуществляют фиксацию НКТ после натяжения давлением.

Наиболее близким является способ заякоривания насосно-компрессорных труб в скважинах, эксплуатируемых штанговыми насосными установками (патент RU № 2681770, МПК Е21В 23/01, F04В 47/02, опубл. 12.03.2019 Бюл. № 8), включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб - НКТ с якорем в заданный интервал, создание избыточного давления за счет закачки жидкости в колонну НКТ с устья скважины, причем предварительно рассчитывают величину устьевого избыточного давления, определяющего натяжение колонны НКТ при заякоривании, и производят заякоривание созданием расчетного устьевого избыточного давления, такого, чтобы после выхода скважины на установившийся режим эксплуатации результирующая осевая нагрузка, действующая на обсадную колонну со стороны плашек якоря, создаваемая давлением жидкости в межтрубном пространстве и колонне НКТ, а также силой упругости колонны НКТ, принимала минимально возможное значение за весь цикл работы скважинного штангового насоса, включающий ход плунжера вверх и вниз, при этом расчетную величину устьевого избыточного давления определяют по формуле:

где р_з - устьевое избыточное давление;

Р_уст - устьевое давление;

ρ_см - плотность газожидкостной смеси в НКТ;

g - ускорение свободного падения;

L - глубина спуска насоса;

S_внутр - площадь поперечного сечения по внутреннему диаметру НКТ;

p_затр - давление газа в затрубном пространстве;

ρ_н - плотность нефти в затрубном пространстве;

Н_дин - динамический уровень жидкости;

S_внеш - площадь поперечного сечения по внешнему диаметру НКТ;

ρ_гл - плотность жидкости глушения.

Недостатками последних патентов является сложность реализации и подготовки так как требуется соблюдение точного соотношения усилия растяжения НКТ и давления установки якоря, при этом узкая область применения из-за невозможности реализации для НКТ диаметром равным 73 мм более и/или с толщиной стенок более 5,5 мм, связанная с ограничением по предельному давлению, которое можно оказывать на НКТ и/или на устьевое оборудование (обычно не более 12 – 15 МПа).

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа фиксирования колонны насосно-компрессорных труб якорем в скважинах, эксплуатируемых штанговым насосом, позволяющим расширить область применения за счет использования с НКТ диаметром 73 мм и более с толщиной стенки 5,5 мм и более, а также упросить процесс реализации за счет механического натяжения и гидравлической или механической установки якоря в скважине.

Техническая задача решается способом фиксирования колонны насосно-компрессорных труб якорем в скважинах, эксплуатируемых штанговым насосом, включающим спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб - НКТ с насосом и якорем в заданный интервал, натяжение продольным усилием колонны НКТ с последующей фиксацией в этом положении якорем.

Новым является то, что продольное усилие на колонну НКТ создают разгрузкой штанг, путем упора плунжера, установленного на колонне штанг, на низ цилиндра штангового насоса.

Способ реализуется в следующей последовательности (с примером конкретного осуществления).

В скважину на глубину 1200 м на колонне НКТ диаметром 60 мм толщиной 5,5 мм спустили цилиндр штангового глубинного насоса (ШГН) с якорем (например, патенты RU №№ 2743035, 2634316, 125252 или т.п.) снаружи. После чего в колонну НКТ спустили плунжер на колонне штанг. Колонну штанг использовали составную: 700 м штанги диаметром 22 мм и 500 м диаметром 19 мм. Скважина была заглушена жидкостью с плотностью 1,1 г/см³, поэтому вес колонны штанг с учетом выталкивающей силы составил – 27,587 кН. Плунжер уперли на низ цилиндра, разгрузив вес штанг. Загерметизировав штанги на устье, закачкой жидкости в колонну НКТ давлением 5,0 МПа, осуществили посадку якоря (фиксацию якоря и низа колонны НКТ относительно стенок скважины). В результате этих действий зафиксировали колонну НКТ с натяжением 27,587 кН, независимо от диаметра и толщины труб НКТ, что предотвращает изгибные нагрузки и износ штанг и НКТ. Затем приподняли колонну штанг, соединили ее с устьевым приводом (станок-качалка, цепной привод, гидравлический привод или т.п.) и начали эксплуатацию скважины при помощи ШГН.

Исходя из расчета необходимой нагрузки для предотвращения изгибных нагрузок для колонн штанг и НКТ, эта нагрузка может оказаться меньше суммарного веса колонны штанг. Тогда штанги разгружают на величину необходимой нагрузки, которую контролируют устьевым индикатором вес (УИВ) показания которого рассчитывают по формуле:

,

где Р_УИВ – показания УИВ после разргузки колонны штанг, кН;

Р_ш – суммарный вес штанг, кН;

Р_н – необходимая нагрузка, кН.

Также способ может быть применён в сочетании с гидравлическим способом при недостаточности усилий, создаваемым колонной штанг.

Способ применим и при использовании якорей механического действия (например, патенты RU №№ 2148147, 2352752, 154947 или т.п.) с посадкой вращением колонны НКТ с последующей герметизацией штанг на устье скважины.

При этом отсутствие необходимости использования специального и/или сложного оборудования для натяжения колонны НКТ и установки (посадки) якоря значительно упрощает процесс реализации способа.

Предлагаемый способ фиксирования колонны насосно-компрессорных труб якорем в скважинах, эксплуатируемых штанговым насосом, позволяет расширить область применения за счет использования с НКТ диаметром 73 мм и более с толщиной стенки 5,5 мм и более, а также упросить процесс реализации за счет механического натяжения и гидравлической или механической установки якоря в скважине.

Изобретение относится к области фиксирования насосно-компрессорных труб (НКТ) в эксплуатационной колонне, эксплуатируемых штанговыми насосными установками. Техническим результатом является упрощение процесса натяжения колонны НКТ за счет механического натяжения и гидравлической или механической установки якоря в скважине. Способ фиксирования колонны насосно-компрессорных труб якорем в скважинах, эксплуатируемых штанговым насосом, включает спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб - НКТ с насосом и якорем в заданный интервал. Натяжение продольным усилием колонны НКТ с последующей фиксацией в этом положении якорем. Продольное усилие на колонну НКТ создают разгрузкой штанг путем упора плунжера, установленного на колонне штанг, на низ цилиндра штангового насоса.

Способ фиксирования колонны насосно-компрессорных труб якорем в скважинах, эксплуатируемых штанговым насосом, включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб - НКТ с насосом и якорем в заданный интервал, натяжение продольным усилием колонны НКТ с последующей фиксацией в этом положении якорем, отличающийся тем, что продольное усилие на колонну НКТ создают разгрузкой штанг путем упора плунжера, установленного на колонне штанг, на низ цилиндра штангового насоса.