Установка для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины Российский патент 2024 года по МПК E21B43/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины, оборудованной глубинным насосом.

Известен компрессор к станку-качалке для отвода газа из затрубного пространства нефтяной скважины (патент RU №2725396, МПК E21B 43/00, F04B 35/01, опубл. 02.07.2020 Бюл. № 19), включающий прикрепленные к балансиру станка-качалки и его опоре шарниры цилиндра и штока поршня, трубопровод, связывающий полость цилиндра с затрубным пространством, и отводящий трубопровод с соответствующими всасывающим и нагнетательным клапанами, причем цилиндр компрессора частично заполнен снизу маслом, а поршень по периметру герметично взаимодействует с внутренней поверхностью цилиндра с возможностью возвратно-поступательного движения, разделяя цилиндр на верхнюю и нижнюю полости, сообщенные обводным каналом с клапаном, пропускающим в сторону верхней полости, отличающийся тем, что цилиндр изготовлен дифференциальным, состоящим из нижнего широкого цилиндра с нижней полостью и верхнего узкого цилиндра с верхней полостью, а трубопровод от затрубного пространства скважины сообщен с нижней полостью, снизу цилиндр снабжен соосной цилиндрической масляной камерой, при этом поршень сверху соединен со штоком, изготовлен ступенчатым, состоящим из верхней и нижней частей под соответствующие верхний и нижний цилиндры, оснащен снизу цилиндрическим соосным выступом под масляную камеру, с которой взаимодействует при перемещении поршня вниз относительно цилиндра, и каналом, сообщающим масляную камеру и верхнюю полость цилиндра через клапан, пропускающий масло снизу вверх, причем масляная камера сообщена с емкостью, заполненной маслом, через масляный клапан, пропускающий внутрь нижней камеры и настроенный на большее усилие открытие, чем другие клапаны.

Недостатками данного компрессора являются узкая область применения из-за возможности работы только на станках-качалках, соединенных штангами с погружным плунжерным насосом, большая металлоемкость и сложность из-за наличия большого количества механически прочных и точно отрегулированных элементов, в том числе и емкости, расположенных на поверхности, что требует большого свободного пространства вокруг станка-качалки.

Наиболее близким по технической сущности является установка для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины (патент RU №2773895, МПК E21B 43/00, E21B 43/12, опубл. 14.06.2022 Бюл. № 17), включающая рабочую емкость с поплавком, выполненным с возможностью взаимодействия с датчиками максимального и минимального уровня, подводящей газовой линией, сообщенной с затрубным пространством скважины, и отводящей газовой линией, соединенной с выкидным коллектором скважины, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно на подводящей и отводящей газовых линиях, устройство для перекачки рабочей жидкости, линию входа жидкости, которая соединена с напорной стороной, линию выхода жидкости, соединенную с питательной емкостью через переключатель потока жидкости, функционально связанный с блоком управления, получающим сигналы с датчиков уровня жидкости, отличающаяся тем, что в качестве питательной емкости, сообщенной с линией выхода, использовано затрубье скважины, линия выхода оснащена регулируемым блоком управления сливным клапаном, а всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно на подводящей и отводящей газовых линиях, изготовлены регулируемыми блоком управления для открытия всасывающего клапана и сливного клапана и закрытия нагнетательного клапана и переключателя потока при сливе жидкости и заполнении рабочей емкости, а также закрытия всасывающего клапана и сливного клапана и открытия нагнетательного клапана и переключателя потока при заполнении жидкостью рабочей емкости и выдавливании из нее газа по отводящей газовой линии в выкидной коллектор, при этом в качестве линии входа жидкости применена байпасная линия, соединённая с выкидным коллектором регулятором потока для отбора части перекачиваемой жидкости в рабочую ёмкость через байпасную линию и переключатель потока, а в качестве устройства для перекачки рабочей жидкости применен погружной насос, откачивающий пластовую жидкость из скважины и сообщенный с выкидным коллектором.

Основным недостатком данной установки является большая металлоемкость и сложность из-за наличия большого количества точно отрегулированных управляемых клапанов в виде устьевой обвязки на устьевой арматуре и необходимости погружения постоянно работающего насоса в скважинную химически агрессивную жидкость, что снижает надежность всей установки.

Техническим результатом является упрощение конструкции для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины и повышение ее надежности за счет размещения насоса выше уровня скважинной жидкости, его периодической работы и исключения управляемых клапанов.

Техническим решением является установка для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины, включающая блок управления, датчик максимального и минимального измеряемого показателя для переключения режимов работы установки при помощи блока управления, подводящую газовую линию, сообщенную с затрубным пространством скважины, и отводящую газовую линию с нагнетательным клапаном, соединенную с выкидным коллектором скважины, и насос с электродвигателем, спускаемый в скважину.

Новым является то, что насос зафиксирован снаружи одной из технологических труб лифтовой колонны, сообщенной с выкидным коллектором погружного добывающего насоса выше уровня скважинной жидкости и соединен с блоком управления питающим кабелем, датчик максимального для включения насоса и минимального для выключения насоса измеряемого показателя выполнен в виде устьевого датчика давления, функционально связанного с блоком управления, подводящая газовая линия изготовлена в виде сетчатого или щелевого фильтра на входе насоса, отводящая – в виде бокового отверстия технологической трубы, сообщенной через нагнетательный клапан с выходом насоса.

Новым является также то, что электродвигатель насоса снаружи оснащен герметичным кожухом, заполненным маслом, для равномерного за счет естественной конвекции распределения тепла, выделяемого электродвигателем.

Новым является также то, что электродвигатель и/или насос снаружи оснащен ребрами для более интенсивного отвода тепла.

Новым является также то, что кожух электродвигателя и/или насос снаружи оснащен ребрами для более интенсивного отвода тепла.

На чертеже изображена схема установке в скважине.

Установка для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины включает в себя блок управления 1, датчики максимального и минимального измеряемых показателей в виде устьевого датчика 2 для переключения режимов работы установки при помощи блока управления 1, подводящей газовой линией в виде сетчатого или щелевого фильтра 3 на входе насоса 4, сообщенного с затрубным пространством 5 добывающей скважины 6, и отводящей газовой линией в виде бокового отверстия 7 технологической трубы 8 (показана условно) сообщенной через нагнетательный клапан 9 (показан условно) с выходом насоса 4, соединенного с выкидным коллектором 10 скважины 6, насос 4 с электродвигателем 11, спускаемый в скважину 6. Насос 4 с электродвигателем 11 зафиксирован снаружи одной из технологических труб 8 лифтовой колонны 12, сообщенной с выкидным коллектором 10 погружного добывающего насоса (не показан) выше уровня скважинной жидкости 13 и соединен с блоком управления 1 питающим кабелем 14. Устьевой датчика 2 функционально связан с блоком управления 1 для включения электродвигателя 11 насоса 4 при максимальном давлении и для выключения электродвигателя 11 насоса 4 при минимальном давлении.

Значения максимального и минимального давлений допустимых для затрубного пространства 5 каждой конкретной скважины 6 определяют технологи эмпирическим путем из опыта эксплуатации аналогичных скважин (авторы на это не претендуют). Максимальное и минимальное значения давления предварительно прописываются в памяти блока управления 1.

Нагнетательный клапан 9 предназначен для защиты насоса 4 от попадания скважинной жидкости, перекачиваемой погружным добывающим насосом по лифтовой колонне 12.

Фильтр 3 переназначен для защиты от крупного мусора, находящегося в откачиваемом газе из затрубного пространства 5, и, как следствие, увеличения межремонтного периода (примерно в 2 раза) насоса 4.

Нагнетательный клапан 9 может быть выполнен любой известной конструкции: шаровый, тарельчатый, мембранный или т.п., подпружиненный или нет (авторы на это не претендуют. Насос 4 может быть зафиксирован снаружи одной из технологических труб 8 при помощи хомутов, сварки термопластичного клея (не показаны) или т.п. (авторы на это не претендуют).

При большом количестве газа, выделяемого из продукции пласта (не показан) скважины 6, являющейся частью скважинной жидкости, и попадающей в затрубное пространство 5 скважины 6, электродвигатель 11 и насос 4 должны будут работать длительное время для откачки этого газа, что может привести к перегреву электродвигателя 11 и/или насоса 4. Для исключения перегрева электродвигателя 11 он может быть снаружи оснащен герметичным кожухом (не показан), заполненным маслом, для равномерного за счет естественной конвекции распределения тепла, выделяемого электродвигателем. Для более интенсивного отвода тепла электродвигатель 11 и/или насос 4 могут быть снаружи оснащены ребрами (вертикальными, горизонтальными или наклонными – не показаны, авторы на это не претендуют) для увеличения площади теплоотдачи. Для этого же кожух электродвигателя (при наличии) может быть оснащен аналогичными ребрами.

Конструктивные элементы, технологические соединения, центраторы, уплотнения и/или т.п., не влияющие на объяснение работоспособности установки для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины на чертеже не показаны или показаны условно.

Установка для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины работает следующим образом.

В заводских условиях или в условиях магистерской насос 4 с нагнетательным клапаном 9 и электродвигателем 11 фиксируют любым известным способом на технологической трубе 8. При спуске в скважину 6 погружного добывающего насоса (любой известной конструкции – авторы на это не претендуют) на лифтовой колонне 12 в ее состав внедряют технологическую трубу 8 так, что при спуске погружного добывающего насоса на ливтовой колонне 12 с кабелем 14 в интервал установки насос 4 с электродвигателем 11 располагались выше уровня скважинной жидкости 13. Самым технологичным (с минимальными временными затратами) является размещение технологической трубы 8 на 10–20 м (1–2 трубы лифтовой колонны 12) ниже уровня устья скважины 6. Устье скважины герметизируют лифтовую колонну 12 сообщают с выкидным коллектором 10, а устьевой датчик 2 сообщают с затрубным пространством 5 скважины 6. Устьевой датчик 2 и кабель 14 соединяют с блоком управления 1.

После запуска в работу погружного добывающего насоса скважинная жидкость по лифтовой колонне 12 через технологическую трубу 8 перекачивается в выкидной коллектор 10. При этом выделившийся газ из продукции пласта (не показан) заполняет затрубное пространство 5 скважины 6, повышая в нем давление, что фиксируется на устье скважины 6 датчиком давления 2 и передается на блок управления 1. При достижении давлением максимального значения блок управления 1 по кабелю 14 подает питание на электродвигатель 11, который запускает в работу насос 4. В результате насос 4 перекачивает газ из затрубного пространства 5 скважины 6 через фильтр 3, открывая избыточным давлением нагнетательный клапан 9, и через отверстие 7 технологической трубы 8 в лифтовую колонну 12, смешиваясь в ней со скважинной жидкостью, и далее в выкидной коллектор 10. При этом давление затрубном пространстве 5 снижается. При достижении давлением минимального значения блок управления 1 по кабелю 14 прекращает подачу питания на электродвигатель 11, что приводит к остановки работы насоса 4. Далее циклы включения и выключения насоса 4 с электродвигателем 11 от блока управления 1 повторяются в зависимости от данных с датчика давления 2.

Предаваемая установка для отбора газа из затрубного пространства 5 добывающей скважины 6 проста и надежна в изготовлении и применении, так как имеет небольшое количество работающих элементов 4, 11, 9, 2 и 1, которые при этом не взаимодействуют с химически агрессивной скважинной жидкостью. А при использовании стандартных заводских конструктивных элементов для электродвигателя 11, насоса 4 и нагнетательного клапана 9 значительно удешевляет данную установку.

Предлагаемая установка для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины проста и надежна за счет размещения насоса выше уровня скважинной жидкости, его периодической работы и исключения управляемых клапанов.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины, оборудованной глубинным насосом. Техническим результатом является упрощение конструкции для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины и повышение ее надежности за счет размещения насоса выше уровня скважинной жидкости, его периодической работы и исключения управляемых клапанов. Заявлена установка для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины, включающая блок управления, датчик максимального и минимального измеряемого показателя для переключения режимов работы установки при помощи блока управления, подводящую газовую линию, сообщенную с затрубным пространством скважины, отводящую газовую линию с нагнетательным клапаном, соединенную с выкидным коллектором скважины, и насос с электродвигателем, спускаемый в скважину. При этом насос зафиксирован снаружи одной из технологических труб лифтовой колонны, сообщенной с выкидным коллектором погружного добывающего насоса выше уровня скважинной жидкости и соединен с блоком управления питающим кабелем. Датчик максимального для включения насоса и минимального для выключения насоса измеряемого показателя выполнен в виде устьевого датчика давления, функционально связанного с блоком управления. Подводящая газовая линия изготовлена в виде сетчатого или щелевого фильтра на входе насоса, а отводящая – в виде бокового отверстия технологической трубы, сообщенной через нагнетательный клапан с выходом насоса. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины, включающая блок управления, датчик максимального и минимального измеряемого показателя для переключения режимов работы установки при помощи блока управления, подводящую газовую линию, сообщенную с затрубным пространством скважины, отводящую газовую линию с нагнетательным клапаном, соединенную с выкидным коллектором скважины, и насос с электродвигателем, спускаемый в скважину, отличающаяся тем, что насос зафиксирован снаружи одной из технологических труб лифтовой колонны, сообщенной с выкидным коллектором погружного добывающего насоса выше уровня скважинной жидкости и соединен с блоком управления питающим кабелем, датчик максимального для включения насоса и минимального для выключения насоса измеряемого показателя выполнен в виде устьевого датчика давления, функционально связанного с блоком управления, подводящая газовая линия изготовлена в виде сетчатого или щелевого фильтра на входе насоса, а отводящая – в виде бокового отверстия технологической трубы, сообщенной через нагнетательный клапан с выходом насоса.

2. Установка для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель насоса снаружи оснащен герметичным кожухом, заполненным маслом, для равномерного за счет естественной конвекции распределения тепла, выделяемого электродвигателем.

3. Установка для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель и/или насос снаружи оснащен ребрами для более интенсивного отвода тепла.

4. Установка для отбора газа из затрубного пространства добывающей скважины по п. 2, отличающаяся тем, что кожух электродвигателя и/или насос снаружи оснащен ребрами для более интенсивного отвода тепла.