Скважинная штанговая насосная установка для добычи нефти в условиях высокого газового фактора Российский патент 2024 года по МПК E21B43/38 F04B47/02 

Устройство предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности, в частности при добыче нефти штанговыми насосными установками из высокодебитных скважин, эксплуатация которых осложнена высоким газовым фактором.

Известна скважинная штанговая насосная установка (И.Т. Мищенко «Скважинная добыча нефти» М., «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003, с. 588), состоящая из привода, колонны насосных штанг, глубинного насоса, колонны насосно-компрессорных труб, газопесочного якоря с контейнером из НКТ. При работе скважинного насоса, приводимого в действие приводом через колонну насосных штанг, жидкость поступает в газопесочный якорь, в котором за счет изменения скоростей потока происходит гравитационное осаждение механических примесей и всплытие пузырьков газа.

Недостатком данной установки является недостаточная эффективность для скважин с большим дебитом жидкости (более 20 м³/сут) из-за низкой площади кольцевого пространства, в котором происходит сепарация газа, т.е. из-за высокой скорости потока газ не успевает всплывать и увлекается в насос, что приводит к снижению коэффициента наполнения и подачи насоса, КПД установки.

Известен штанговый насос для добычи нефти из скважин с малым зумпфом в условиях высокого газового фактора (патент RU № 215129, МПК E21B 17/00, F04B 47/02, опубл. 30.11.2022 в бюл. №34), включающий цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб. Цилиндр снабжен полым цилиндрическим кожухом, неподвижно закрепленным в верхней части с цилиндром, при этом выше основного всасывающего клапана полый цилиндрический кожух выполнен по меньшей мере с двумя входными щелевыми фильтрационными отверстиями, перекрытыми металлической сеткой и чашеобразным полукожухом, обращенным открытой частью к устью скважины, притом в верхней части цилиндрического кожуха выполнены газоперепускные клапаны, по меньшей мере два. Таким образом, предлагаемый штанговый насос для добычи нефти из скважин с малым зумпфом в условиях высокого газового фактора при высокой эффективности и надежности обеспечивает максимальную добычу нефти из скважин с малым зумпфом в условиях высокого газового фактора благодаря сепарации газа и размещении насоса непосредственно напротив продуктивного пласта при необходимом погружении насоса под динамический уровень.

Недостатком данного насоса также является недостаточная эффективность для скважин с большим дебитом жидкости (более 20 м³/сут) из-за низкой площади кольцевого пространства, в котором происходит сепарация газа, т.е. из-за высокой скорости потока газ не успевает всплывать и увлекается в насос, что приводит к снижению коэффициента наполнения и подачи насоса, КПД установки.

Известна скважинная штанговая насосная установка для добычи нефти из скважин с большим дебитом жидкости в условиях высокого газового фактора (патент RU № 216467, МПК E21B 43/00, 43/38, опубл. 07.02.2023 в бюл. №4), состоящая из вставного штангового насоса, колонны насосных штанг, колонны эксплуатационных насосно-компрессорных труб, хвостовика, пакера. Вставной штанговый насос приводится в действие через колонну насосных штанг и колонну эксплуатационных насосно-компрессорных труб. Пакер расположен выше продуктивного пласта. Между вставным штанговым насосом и хвостовиком последовательно установлены перфорированный патрубок, заглушенная муфта, патрубок колонны эксплуатационных насосно-компрессорных труб, и двухканальная муфта с отводом. Над вставным штанговым насосом установлен перепускной клапан с принудительной откачкой газа. Отвод выполнен с внутренним диаметром 40 мм и длиной, обеспечивающей расстояние между выходным отверстием отвода и приемом вставного штангового насоса не менее 2 м.

Недостатком данной установки является ограничение по применению в эксплуатационных колоннах менее 168 мм из-за наличия бокового отвода в конструкции, что увеличивает габариты устройства. Кроме того, из-за возможности засорения газоперепускного клапана кусками асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО), существует вероятность последующего скапливания газа в межтрубном пространстве и снижения динамического уровня вплоть до срыва подачи насоса.

Наиболее близким является устройство (патент RU №92691, МПК E21B 43/00, 47/00, 47/02, опубл. 27.03.2010 в бюл. №9), включающее вставной штанговый насос, приводимый в действие приводом через колонну насосных штанг, колонну эксплуатационных насосно-компрессорных труб, пакер, расположенный ниже области негерметичного участка эксплуатационной колонны и выше продуктивного пласта. Устройство содержит планшайбу, вставной штанговый насос с опорным замком и опору, свинченную с колонной труб, пакер установлен за счет натяжения колонны труб от него до планшайбы, а вставной штанговый насос с опорным замком установлен в опоре, при этом опора может быть установлена под пакером или над ним в колонне труб.

Недостатком данной установки является низкая эффективность работы в условиях высокого газового фактора добываемой продукции, выделяющийся газ из добываемой жидкости в полном объеме поступает на прием вставного штангового насоса, что снижает коэффициент подачи, уменьшает ресурс узлов вставного штангового насоса, и как следствие уменьшению дебита жидкости.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности работы скважинной штанговой насосной установки для добычи нефти в условиях высокого газового фактора за счет применения многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов разворота струй жидкости, изменения скорости потока со сменой направления течения, обеспечения максимальной сепарации газа при больших значениях газового фактора, обеспечения работоспособности и поддержания значения коэффициентов наполнения и подачи штангового насоса.

Технический результат достигается скважинной штанговой насосной установкой для добычи нефти в условиях высокого газового фактора, состоящей из штангового насоса, колонны насосных штанг, колонны насосно-компрессорных труб – НКТ, пакера, расположенного выше продуктивного пласта, при этом штанговый насос, приводится в действие приводом через колонну насосных штанг, содержит цилиндр, плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны.

Новым является то, что между пакером и штанговым насосом последовательно расположены и соединены между собой наружная труба НКТ и патрубок, снабженный отклонителем призматической формы, наружная труба НКТ снабжена эксцентрично расположенной внутренней всасывающей трубой, закрепленной с помощью сварки с наружной трубой НКТ во выходном отверстии, выполненном на боковой поверхности наружной трубы НКТ, и перекрытом верхним направляющим кожухом, направленным открытой частью к устью скважины, в нижней части наружной трубы НКТ на боковой поверхности, расположенной с одной стороны с выходным отверстием, выполнены фильтрационные отверстия, перекрытые нижним направляющим кожухом, направленным открытой частью к пакеру, при этом внутренняя всасывающая труба нижним концом сообщена с подпакерной зоной, а верхним концом, изогнутым под углом 45 градусов, сообщена с надпакерной зоной, отклонитель расположен над выходным отверстием, общая площадь фильтрационных отверстий не менее чем в четыре раза превышает площадь проходного сечения седла всасывающего клапана насоса.

Также новым является то, что к штанговому насосу для принудительной откачки газа подведен греющий кабель.

На фиг.1 изображена схема скважинной штанговой насосной установки для добычи нефти в условиях высокого газового фактора, где штанговый насос – 1, колонна насосных штанг – 2, колонна НКТ – 3, пакер – 4, продуктивный пласт – 5, перепускной клапан с принудительного откачкой газа – 6, наружная труба НКТ – 7, внутренняя всасывающая труба – 8, подпакерная зона – 9, надпакерная зона – 10, выходное отверстие – 11, фильтрационные отверстия – 12, верхний направляющий кожух – 13, нижний направляющий кожух – 14, патрубок – 15, отклонитель – 16, греющий кабель – 17.

Скважинная штанговая насосная установка для добычи нефти в условиях высокого газового фактора состоит из штангового насоса 1, колонны насосных штанг 2, колонны НКТ 3, пакера 4, расположенного выше продуктивного пласта 5, при этом штанговый насос 1, приводится в действие приводом через колонну насосных штанг, содержит цилиндр, плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны.

Между пакером 4 и штанговым насосом 1 последовательно расположены и соединены между собой наружная труба НКТ 7 и патрубок 15, снабженный отклонителем 16 призматического сечения.

Наружная труба НКТ 7 снабжена эксцентрично расположенной внутренней всасывающей трубой 8, закрепленной с помощью сварки с наружной трубой НКТ 7 во выходном отверстии 11, выполненном на боковой поверхности наружной трубы НКТ 7, и перекрытом верхним направляющим кожухом 13, направленным открытой частью к устью скважины (на фиг. 1 не показано).

В нижней части наружной трубы НКТ 7 на боковой поверхности, расположенной с одной стороны с выходным отверстием 11, выполнены фильтрационные отверстия 12, перекрытые нижним направляющим кожухом 14, направленным открытой частью к пакеру 4.

При этом внутренняя всасывающая труба 8 нижним концом сообщена с подпакерной зоной 9, а верхним концом, изогнутым под углом 45 градусов, сообщена с надпакерной зоной 10.

Отклонитель 16 расположен над выходным отверстием 11.

Общая площадь фильтрационных отверстий 12 не менее чем в четыре раза превышает площадь проходного сечения седла всасывающего клапана насоса 1, что исключает снижение дебита при частичном засорении фильтрационных отверстий 12.

К штанговому насосу 1 для принудительной откачки газа подведен греющий кабель 17, что исключает засорение проходного канала перепускного клапана кусками АСПО за счет поддержания температуры выше температуры плавления АСПО.

Установка работает следующим образом.

При работе штангового насоса 1, приводимого в действие приводом через колонну насосных штанг 2, производится подъем продукции по колонне НКТ 3. При этом поток жидкости с газом поднимается из подпакерной зоны 9 сначала по внутренней всасывающая трубе 8 и через выходное отверстие 11 в надпакерную зону 10. В установке реализован принцип многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов разворота струй жидкости, изменение скорости потока со сменой направления течения. При повороте потока жидкости в зоне верхнего 13 и нижнего 14 направляющих кожухов газ поднимается наверх по надпакерной зоне 10 (межтрубному пространству), а разгазированная жидкость вниз и через фильтрационные отверстия 12, внутреннюю всасывающую трубу 8 и патрубок 15 попадает в штанговый насос 1. Таким образом, обеспечивается максимальная сепарация газа даже при больших значениях газового фактора, работоспособность установки и поддержание значения коэффициентов наполнения и подачи штангового насоса 1 при исключении потерь нефти.

Греющий кабель 17 поддерживает температуру выше температуры плавления АСПО (70 градусов), что исключает засорение клапана АСПО и выход его из строя.

Отклонитель 16 исключает повреждение верхнего направляющего кожуха 13 и закрытие выходного отверстия 11 стенкой эксплуатационной колонны скважины.

Таким образом, предлагаемая скважинная штанговая насосная установка при высокой эффективности и надежности обеспечивает максимальную добычу нефти в условиях высокого газового фактора благодаря применения многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов разворота струй жидкости, изменения скорости потока со сменой направления течения, обеспечения максимальной сепарации газа при больших значениях газового фактора, работоспособности установки и поддержания значения коэффициентов наполнения и подачи штангового насоса.

Устройство предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности. Скважинная штанговая насосная установка для добычи нефти в условиях высокого газового фактора состоит из штангового насоса, колонны насосных штанг, колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и пакера, расположенного выше продуктивного пласта. Между пакером и штанговым насосом последовательно расположены и соединены между собой наружная труба НКТ и патрубок, снабженный отклонителем призматической формы. Наружная труба НКТ снабжена эксцентрично расположенной внутренней всасывающей трубой, закрепленной с помощью сварки с наружной трубой НКТ в выходном отверстии, выполненном на боковой поверхности наружной трубы НКТ и перекрытом верхним направляющим кожухом, направленным открытой частью к устью скважины. В нижней части наружной трубы НКТ на боковой поверхности, расположенной с одной стороны с выходным отверстием, выполнены фильтрационные отверстия, перекрытые нижним направляющим кожухом, направленным открытой частью к пакеру. Внутренняя всасывающая труба нижним концом сообщена с подпакерной зоной, а верхним с надпакерной зоной. Обеспечивается повышение эффективности и надежности работы скважинной штанговой насосной установки для добычи нефти в условиях высокого газового фактора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Скважинная штанговая насосная установка для добычи нефти в условиях высокого газового фактора, состоящая из штангового насоса, колонны насосных штанг, колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и пакера, расположенного выше продуктивного пласта, при этом штанговый насос приводится в действие приводом через колонну насосных штанг и содержит цилиндр, плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны, отличающаяся тем, что между пакером и штанговым насосом последовательно расположены и соединены между собой наружная труба НКТ и патрубок, снабженный отклонителем призматической формы, наружная труба НКТ снабжена эксцентрично расположенной внутренней всасывающей трубой, закрепленной с помощью сварки с наружной трубой НКТ в выходном отверстии, выполненном на боковой поверхности наружной трубы НКТ и перекрытом верхним направляющим кожухом, направленным открытой частью к устью скважины, в нижней части наружной трубы НКТ на боковой поверхности, расположенной с одной стороны с выходным отверстием, выполнены фильтрационные отверстия, перекрытые нижним направляющим кожухом, направленным открытой частью к пакеру, при этом внутренняя всасывающая труба нижним концом сообщена с подпакерной зоной, а верхним концом, изогнутым под углом 45 градусов, сообщена с надпакерной зоной, отклонитель расположен над выходным отверстием, а общая площадь фильтрационных отверстий не менее чем в четыре раза превышает площадь проходного сечения седла всасывающего клапана насоса.

2. Скважинная штанговая насосная установка для добычи нефти в условиях высокого газового фактора по п. 1, отличающаяся тем, что к штанговому насосу для принудительной откачки газа подведен греющий кабель.