Насосная установка для регулированного отбора продукции из скважины Российский патент 2022 года по МПК E21B43/00 F04D13/10 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для добычи продукции из скважин со сложным профилем.

Известно устройство автоматического управления процессом добычи нефти (патент RU № 2280151, МПК E21B 43/12, E21B 47/06, опубл. 20.07.2006. Бюл. № 20), включающее электродвигатель, приводящий в движение качалку, соединенную с погружным насосом, датчики объема добываемой жидкости и давления жидкости в скважине, соединенные с блоком управления электродвигателем, причем блок управления содержит соединенные последовательно устройство памяти, регулятор частоты и преобразователь напряжения, устройство управления снабжено также датчиком-эхолотом, определяющим уровень жидкости в скважине, установленным на устье скважины и соединенным с одним из входов регулятора частоты, при этом датчик объема добываемой жидкости соединен с одним из входов устройства памяти, второй вход которого соединен с командным пультом оператора, а датчик давления жидкости в скважине соединен со вторым входом регулятора частоты, выход которого через преобразователь напряжения соединен с электродвигателем.

Недостатками данного устройства являются узкая область применения из-за возможности работы в скважинах с вертикальным профилем и уровнем жидкости, располагаемым выше погружного насоса, низкая точность измерения уровня жидкости эхолотом в таких скважинах из-за большого количества отраженных сигналов (многооткликовая эхограмма).

Наиболее близким по технической сущности является установка для откачки из скважины нефти с высоким значением попутного газа (патент RU № 2380521, МПК E21B 43/00, F04D 15/00, опубл. 27.01.2010. Бюл. № 3), содержащая эксплуатационную колонну, внутри которой расположены насосно-компрессорная труба с размещенным в ее нижней части центробежным насосом, с валом которого жестко соединен погружной асинхронный электродвигатель, устьевая часть колонны через первую задвижку и патрубок связана с расположенной на поверхности скважины насосно-компрессорной установкой для закачки инертного газа, а через вторую задвижку, обратный клапан – с узлом штуцерной камеры и системой нефтесбора, эхолот для определения текущего значения динамического уровня, размещенный на арматуре устья скважины, станция управления, установленная на поверхности скважины, включающая преобразователь частоты, соединенный через трансформатор, силовой кабель, снабженный высокотемпературной кабельной вставкой, с погружным асинхронным электродвигателем, контроллер, выходом подключенный через ПИ-регулятор к управляющему входу преобразователя частоты, а входом - к блоку погружной телеметрии, установленном на погружном асинхронном электродвигателе.

Недостатками данного установки являются узкая область применения из-за возможности работы в скважинах с вертикальным профилем и уровнем жидкости, располагаемым выше погружного насоса, низкая точность измерения уровня жидкости эхолотом в таких скважинах из-за большого количества отраженных сигналов (многооткликовая эхограмма).

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание насосной установки для регулированного отбора продукции из скважины, позволяющей производить регулируемый отбор из скважины со сложным профилем (отклонением от основного направления ствола на 5 и более метров в разные стороны или оснащенная как минимум одной летучкой) и с уровнем жидкости, опускающимся ниже верхнего и/или нижнего края насоса в сложных скважинах с исключением многооткликовой эхограммы благодаря наличию сверху или сверху и снизу конусов – отражателей сигнала эхолота.

На чертеже изображена схема погружного насоса с верхним и нижним конусами.

Насосная установка для регулированного отбора продукции из скважины 1 включает эксплуатационную колонну 2, внутри которой расположены насосно-компрессорная труба (НКТ) 3 с размещенным в ее нижней части погружным насосом 4, который функционально соединен с регулятором производительности насоса (не показан), установленный на устье эхолот (не показан) для измерения динамического уровня 5 жидкости в скважине 1, связанный функционально с блоком управления (не показан) для управления регулятором. Устьевое оборудование (регулятор, эхолот и блок управления) не показаны, так как их известно большое количество из открытых источников (в том числе и аналоги) и авторы на их конструкцию и принцип действия не претендуют. При работе погружного насоса 4 (любой известной конструкции – авторы не претендуют) в добывающих скважинах со сложным профилем (отклонением от основного направления ствола на 5 и более метров в разные стороны или оснащенная как минимум одной летучкой 6) и с уровнем жидкости 5, опускающимся ниже верхнего и/или нижнего края насоса 4 часто наблюдается многооткликовая эхограмма, снимаемая эхолотом, что делает не правильной регулировку производительности насоса 4 и, как следствие, снижает его коэффициент полезного действия (КПД) или приводит к перегреву и выходу из строя из-за отсутствия охлаждающей его жидкости. Как показали практические исследования то наличие переходов с углом при вершине не более 7º практически полностью исключает множественные отражения звукового сигнала эхолота. Поэтому при постоянном снижении уровня 5 жидкости ниже верхнего края насоса 4, его сверху оснащают верхним конусом 7 с углом A при вершине не более 7º. При постоянном снижении уровня 5 жидкости также ниже нижнего края насоса 4, его снизу дополнительно оснащают нижним конусом 8 с углом B при вершине не более 7º. Для простоты изготовления и ограничения длин конусов 7 и 8 по высоте рекомендуется ограничить углы A и B при их вершине не менее 4º, чтобы конусы умещались в длину одной трубы НКТ 3 или хвостовика 9, устанавливаемого снизу насоса 4.

Насосная установка для регулированного отбора продукции из скважины работает следующим образом.

Предварительно гидродинамическими расчетами определяют интервал уровня жидкости 5 в скважине 1, при котором максимально эффективно будет работать насос 4 (данные насоса берутся из паспорта завода изготовителя), а также интервал установки насоса 4 в скважине 1 в зависимости от ее структуры и наличия летучек 6. Исходя из этих данный принимают решение на установку нижнего конуса 8 на хвостовик 9 и низ насоса 4. Хвостовик 9 с нижним конусом 8 или без него присоединяют к насосу 4 и припускают в обсадную колонну 2 скважины 1, к верху насоса присоединяют верхний конус 7 с первой трубой НКТ 3 и далее на НКТ 3 спускают в обсадную колонну 2 в интервал установки насоса 4 в скважине 1. Насос 4 присоединяют к регулятору производительности насоса 4, например, для штангового глубинного насоса (ШГН) 4 – регулятором является механический привод с частотно-регулируемым электродвигателем, для электроцентробежного насоса (ЭЦН) 4 – регулятором является частотно-регулируемый электродвигатель погружного насоса 4 или т.п. Герметизируют устье (не показано) скважины с установленным на устье эхолотом, который контролирует уровень 5 жидкости в скважине 1 и передает сигнал на блок управления (любой известной конструкции: программный модуль, электро-вычислительная машина, радио-релейный блок или т.п.), который в зависимости от получаемого сигнала меняет, например, частоту подаваемую на частотно-регулируемый электродвигатель. При увеличении уровня 5 жидкости выше допустимого интервала повышает производительность насоса 4, при снижении ниже допустимого уровня 5 - снижает.

Как показала практика наличие верхнего 7 и нижнего 8 конусов соответственно сверху и снизу насоса 4 полностью исключило появление многооткликовой эхограммы даже в самых сложных профилях скважины 1 и, как следствие, позволило повысить корректность работы всех устройств (как устьевых, так и погружных) и КПД насоса 4.

Предлагаемым изобретением является создание насосной установки для регулированного отбора продукции из скважины позволяющее производить регулируемый отбор из скважины со сложным профилем (отклонением от основного направления ствола на 5 и более метров в разные стороны или оснащенная как минимум одной летучкой) и с уровнем жидкости, опускающимся ниже верхнего и/или нижнего края насоса в сложных скважинах с исключением многооткликовой эхограммы благодаря наличию сверху или сверху и снизу конусов – отражателей сигнала эхолота.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для добычи продукции из скважин со сложным профилем. Насосная установка для регулированного отбора продукции из скважины, включающая эксплуатационную колонну, внутри которой расположены насосно-компрессорная труба с размещенным в ее нижней части погружным насосом, который функционально соединен с регулятором производительности насоса, установленный на устье эхолот для измерения динамического уровня жидкости в скважине, связанный функционально с блоком управления для управления регулятором. Погружной насос сверху дополнительно оснащен верхним конусом с углом при вершине не более 7° для исключения множественного отражения звукового сигнала эхолота. Технический результат заключается в создании насосной установки для регулированного отбора продукции из скважины, позволяющей производить регулируемый отбор из скважины со сложным профилем (отклонением от основного направления ствола на 5 и более метров в разные стороны или оснащенная как минимум одной летучкой) и с уровнем жидкости, опускающимся ниже верхнего и/или нижнего края насоса в сложных скважинах с исключением многооткликовой эхограммы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Насосная установка для регулированного отбора продукции из скважины, включающая эксплуатационную колонну, внутри которой расположены насосно-компрессорная труба с размещенным в ее нижней части погружным насосом, который функционально соединен с регулятором производительности насоса, установленный на устье эхолот для измерения динамического уровня жидкости в скважине, связанный функционально с блоком управления для управления регулятором, отличающаяся тем, что погружной насос сверху дополнительно оснащен верхним конусом с углом при вершине не более 7° для исключения множественного отражения звукового сигнала эхолота.

2. Насосная установка для регулированного отбора продукции из скважины по п. 1, отличающаяся тем, что насос снизу дополнительно оснащен нижним конусом с углом при вершине не более 7° для исключения множественного отражения звукового сигнала эхолота.

3. Насосная установка для регулированного отбора продукции из скважины по одному из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что угол при вершине конуса не менее 4°.