Саморегулируемое устройство для удаления жидкости с забоя газовой скважины
Саморегулируемое устройство для удаления жидкости с забоя газовой скважины относится к добыче нефти и газа, в частности к движению газожидкостных смесей в подъемных трубах скважин, и может быть использовано для интенсификации выноса жидкости (воды и углеводородного конденсата ) из газовых скважин и предназначено для регулирования проходного сечения сопел и дозированного количества вспенивающих поверхностно-активных веществ в газожидкостный поток. Устройство для удаления жидкости с забоя газовой скважины содержит корпус 1 с элементами 2 для связи Ё Ч 4 Os ч| О 00
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 52 В и 1g 9 Я 11 Ф 15 42 ljg 41 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827138/03 (22) 21.05.90 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (72) Р.М. Кондрат, В.С. Петришак, Ю,В, Марчук, Б.Б. Штайден, Л.Д, Нитипин, Ю.Б. Салехов, В.И. Маринин и В,М, Кучеровский (56) Кондрат P.Ì. и др. Удаление жидкости с забоя газовых скважин. Экспресс-информация, сер. Геология, бурение и разработка газовых месторождений. М„ВНИИЭгаэпром, 1976, М 15, с, 10 — 14. Авторское свидетельство СССР ПЬ 1622587, кл, Е 21 В 43/00, 1988. Я 28 57 „„Ы3„„1776768 А1 (54) САМОРЕГУЛИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ С ЗАБОЯ ГАЗОВОЙ СКВАЖИНЫ (57) Саморегулируемое устройство для удаления жидкости с забоя газовой скважины относится к добыче нефти и газа, в частности к движению газожидкостных смесей в подъемных трубах скважин, и может быть использовано для интенсификации выноса жидкости (воды и углеводородного конденсата) из газовых скважин и предназначено для регулирования проходного сечения сопел и дозированного количества вспенивающих поверхностно-активных веществ в газожидкостный поток. Устройство для удаления жидкости с забоя газовой скважины держит корпус 1 с элементами 2 для связи 1776768 20! 30 35 с колонной насосно-компрессорных труб 2 и хвостовиком 4 и установленный в нижней части корпуса над хвостовиком 4 узел диспергирования 5 с двумя концентричными соплами кольцевого типа 6 и 7, ограниченными внешним и внутренним сужающими элементами 9 и 10 и выполненными с инжекторной кольцеобразной камерой 8 между ними, выход которой снабжен крышкой 11 со сквозными отверстиями 12, а вход гидравлически сообщен с полостью хвостовика 4 каналом, выполненным в виде пучка трубок 13, равномерно распределенных по образующей корпуса с вершиной, направленной в сторону хвостовика 4, Оно Изобретение относится к области добы-. чи газа и нефти из скважин, в частности к движению газожидкостных смесей в подьемных трубах,и может быть использовано для интенсификации удаления жидкости (воды, углеводородного конденсата, нефти) с забоя скважин, Известно устройство для удаления жидкости е забоя газовой скважины, содержащее корпус с элементами для связи с колонной насосно-компрессорных труб и хвостовиком и установленный в нижней части корпуса над хвостовиком узел диспергиposBHN$l с соплом кольцевого типа, расположенным между корпусом. устройства и хвостовиком Я Недостатком устройства является низкая эффективность диспергирования газожидкостной смеси в связи с малой поверхностью контактирования газа и жидкости в узле диспергирования, что приводит, к значительным потерям давления в нэсосно-компрессорных трубах и как результат к снижению добывных возможностей скважин и их преждевременной остановке. Известно также устройство для удаления жидкости с забоя газовой скважины, содержащее корпус с элементами для связи с колонной насосно-компрессорных труб и хвостовиком и установленный в нижней части корпуса нэд хвостовиком узел диспергирования с двумя концентричными соплами кольцевого типа. ограниченными внешним и внутренним сужэющими элементами и выполненными с инжекторной кольцеобразной камерой между ними, выход которой снабжен крышкой со сквозными отверстиями, а вход гидравлически сообщен с полостью хвостовикэ каналом, выполненным в снабжено прижимной цилиндрической втулкой, возвратными пружинами и пакером. в корпусе выполнены сквозные каналы, Сужающие элементы 9, 10 выполнены со ставными из подпружиненных возвратными пружинами нижней 20, 21 и верхней 18, 19 частей с образованием полостей между ними, причем прижимная втулка 27, верхние и нижние части сужающих элементов выполнены с каналами 31 для сообщения через них, отверстия в корпусе и полости в сужа-ющих элементах трубного и затрубного пространств при крайнем нижнем и промежуточных положениях нижних частей сужающих элементов относительно верхних частей. 3 ил, виде пучка трубок, равномерно. распределенных по образующей конуса с вершиной, направленной в сторону хвостовика (2). Устройство характеризуется недостаточной эффективностью диспергирования газожидкостной смеси при значительных колебаниях дебита газа и невозможностью сохранения по всей длине колонны насоснокомпрессорных труб созданной в устройстве высокодисперсной структуры газожидкостной смеси из-за постепенной коагуляции капель жидкости и разделения компонент потока. Цель изобретения — регулирование проходного сечения сопел и дозирование количества вспенивающих поверхностно-активных веществ в газожидкостный поток. Поставленная цель достигается тем, что устройство для удаления жидкости с забоя газовой скважины, содержащее корпус с элементами для связи с колонной насоснокомпрессорных труб и хвостовиком и установленный в нижней части корпуса нэд хвостовиком узел диспергирования с двумя концентричными соплами кольцевого типа, ограниченными внешним и внутренним сужающими элементами и выполненными с инжекторной кольцеобразной камерой между ними, выход которой снабжен крышкой со сквозными отверстиями, а вход гидравлически сообщен с полостью хвостовика каналом, выполненным в виде пучка трубок, равномерно распределенных по образующей корпуса с вершиной, направленной в сторону хвостовика, оно снабжено прижимной цилиндрической втулкой, возвратными пружинами и пакером, в корпусе выполнены сквозные каналы, а пэкер установлен ниже 1776768 35 55 сквозных каналов, при этом сужающие элементы выполнены составными из подпружиненных возвратными пружинами нижней и верхней частей с образованием полостей между ними, причем прижимная втулка, верхние и нижние части сужающих элементов выполнены с каналами для сообщения через них, отверстия в корпусе и полости е сужающих элементах трубного и затрубного пространств при крайнем нижнем и промежуточных положениях нижних частей сужающих элементов относительно верхних частей. Отличительными признаками саморегулируемого устройства для удаления жидкости с забоя газовой скважины по сравнению с прототипом являются следующие признаки. 1. Оборудование устройства прижимной втулкой, расположенной над внешним и внутренним сужающими элементами и подпружиненной сверху со сторону корпуса, что обеспечивает взаимосвязанное перемещение внешнего и внутреннего сужающих элементов и тем самым регулирование размера проходного сечения сопел при изменении дебита скважины. 2, Выполнение сужающих элементов составными из подпружиненных возвратными пружинами нижней и верхней частей с образованием полостей между ними, выполнение в корпусе, прижимной втулке и в верхних и нижних частях сужающих элементов каналов для сообщения через них и полости в сужающих элементах трубного и затрубного пространств при крайнем нижнем и промежуточных йоложениях нижних частей сужающих элементов относительно верхних частей и оборудование устройства пакером, установленным ниже сквозных каналов в корпусе, что обеспечивает накопление в затрубном пространстве скважины периодически или непрерывно закачиваемого с поверхности раствора вспенивающих поверхностно-активных веществ (ПАВ) и дозированный ввод раствора ПАВ в газожидкостный поток в зависимости от дебита скважины, На фиг. 1 показан общий вид саморегулируемого устройства для удаления нспдкости с забоя газовой скважины. На фиг. 2 показан вид сверху, На фиг. 3 показано сечение А — А устройства. Саморегулируемое устройство для удаления жидкости с забоя газовой скважины содержит корпус 1, который с помощью переводника 2 подсоединяется к колонне насосно-комп рессорных труб 3, и установленный в нижней части корпуса над хвостовиком 4 узел диспергирования 5 с двумя концентричными соплами кольцевого типа 6, 7 и инжекторной кольцеобразной камерой 8 между ними. Сопла 6, 7 расположены на одном уровне и ограничены внешним и внутренним сужающим элементами 9, 10. Камера инжекции 8 на выходе снабжена крышкой 11 со сквозными отверстиями 12 для- гидравлического сообщения пространства над камерой с ее внутренней полостью, Вход камеры гидравлически сообщен с полостью хвостовика 4 каналом, выполненным s виде пучка трубок 13, равномерно распределенных по образующей конуса с.вершиной, направленной в сторону хвостовика 4. Низ камеры инжекции 8 оборудован защитной цилиндрической рубашкой 14, к которой крепятся трубки 13. Хвостовик 4 жестко соединен с перфорированной цилиндрической пластиной 15, служающей для фиксации его положения относительно кор- . пуса 1 и сужающих элементов 9, 10. Хвостовик 4 с камерой инжекции 8 закрепляют в корпусе 1 гайкой 16. Низ корпуса 1 оборудован направляющим патрубком-удлинителем 17. Внешний и внутренний сужающие элементы 9, 10 выполнены составными из верхних l8, 19 и нижних 20, 21 частей, образующих между собой полости 22, 23, в которых установлены возвратные пружины 24, 25. Наружная поверхность внешнего сужающего элемента 9 снабжена уплотнительными элементами 26, предупреждающими перетоки жидкости и газа вдоль стенок корпус,а. Внешний и внутренний сужающие элементы 9, 10 взаимодействуют между собой через расположенную над ними прижимную цилиндрическую втулку 27 с ребрами жесткости 28 и расположенными по оси втулки штоком 29. Втулка 27 подпружинена сверху относительно корпуса 1 возвратной пружиной 30. Втулка 27 прилегает к верхней части 18 внешнего сужающего элемента 9, а на ее штоке 29 крепится на резьбе верхняя часть 19 внутреннего сужающего элемента 10. В цилиндрический канал 31 верхней части 19 внутреннего сужающего элемента 10 входит своим штоком его нижняя часть 21. Для фиксации его крайнего нижнего положения слу>кит втулка 32. Корпус 1 снабжен радиальными каналами 33, нижняя часть 20 внешнего сужающего элемента 9 — радиальными каналами 34, верхняя часть 18 этого элемента — вертикальными каналами 35, прижимная втулка 27 — связанными между собой вертикальными и радиальными каналами 36, 37 и цент1776768 30 40 ральным каналом 38, верхняя часть 19 внутреннего сужающего элемента 10 — центральным каналом 31, нижняя часть 21 этого элемента — центральным каналом 39 и связанными с ним радиальными каналами 40. Радиальные каналы 37 в ребрах жесткости 28 заглушены со стороны корпуса пробками 41. При крайнем нижнем и промежуточных положениях нижних частей 20, 21 сужающих элементов 9, 10 по отношению к их верхним частям 18, 19 затрубное простран. ство скважины сообщается с внутритрубным пространством (e зоне диспергирования жидкости на выходе камеры инжекции 8) через радиальные каналы 33 в корпусе 1, полость 22 между верхней и нижней частями 18, 20 внешнего сужающего элемента 9 и далее по двум направлениям: через радиальные каналы 34 в нижней части 20 внешнего сужающего элемента 9 и зазор между верхней и нижней частями 18, 20 этого элемента, а также через канал 35 в верхней части 18 внешнего сужающего элемента 9, каналы 36, 37, 38 в прижимной втулке 27, канал 31 в верхней части 19 внутрен него сужающего элемента 10, каналы 39, 40 в нижней части 21 этого элемента, полость 23 и зазор между верхней и нижней частями 19. 21 сужающего элемента 10. Устройство ниже сквозных радиальных каналов 33 в корпусе 1 оборудовано пакером 42, образующим в затрубном пространстве скважины между корпусом 1 и эксплуатационной колонной 43 кольцевую камеру — контейнер 44 для накопления закачиваемого с поверхности раствора вспенивающих поверхностно-активных веществ (ПАВ). Устройство для удаления жидкости с забоя газовой скважины работает следующим образом. В процессе эксплуатации скважины поступающий из пласта газ разделяется на два потока. Один поток газа направляется во внешнее сопла кольцевого типа 6, расположенное между кольцеобразной инжекторной камерой 8 и внешним сужающим элементом 9. Второй поток газа проходит по зазору между хвостовиком 4 и цилиндрической рубашкой 14, затем поступает по зазору между трубками 13 во внутреннее сопло кольцевого типа 7, расположенное между инжекторной камерой 8 и внутренним сужающим элементом 10. При прохождении через сопла 6 и 7 существенно возрастает скорость и соответственно снижается давление газа. Под действием создающегося перепада давления между забойным давлением и давлением в узле диспергирования скопившаяся на забое скважины жидкость поступает по хвостовику 4 и трубкам 13 в камеру инжекции 8 и через отверстия 12 в крышке 11 на выходе камеры 8 впрыскивается в виде отдельных струй(пленок) в поток газа, переходя в мелкодисперсное состояние. Сюда же подается (всасывается) из камеры-контейнера 44 в затрубном пространстве скважины раствор вспенивающего ПАВ, который периодически или непрерывно закачивается в скважину с поверхности, Раствор ПАВ поступает через каналы 33 в полость 22. Отсюда часть раствора ПАВ проходит через каналы 34 и зазор между верхней и нижней частями 18, 20 внешнего сужающего элемента 9, а остальная часть раствора ПАВ направляется через каналы 35, 36, 37, 38, 31, 39, 40, полость 23 и зазор между верхней и нижней частями 19, 21 внутреннего сужающего элемента 10. Подача пенообразователя с внешней и внутренней стороны инжекторной камеры 8 способствует его лучшему распылению и более равномерному распределению в газожидкостном потоке: Ввод ПАВ улучшает диспергируемость жидкости в газовом потоке вследствие уменьшения ее поверхностного натяжения, Кроме того, ПАВ, адсорбируясь на поверхности капель жидкости, препятствует их механическому слиянию. В результате сохранения по всей длине колонны насосно-компрессорных труб созданной в устройстве высокодисперсной структуры газожидкостной смеси отпадает необходимость в применении дополнительных диспергаторов, Размер проходного сечения сопел 6, 7 и расход раствора ПАВ зависят от скоростного напора газожидкостного потока и жесткости пружин 24, 25 и 30. Под действием скоростного напора газожидкостного потока нижние 20, 21 и верхние 18, 19 части сужающих элементов 9, 10 перемещаются между собой в сторону сближения и вверх относительно корпуса 1. При этом увеличивается размер проходного сечения сопел 6, 7 и уменьшается размер зазоров между нижними 20, 21 и верхними 18, 19 частями сужающих элементов 9, 10. В результате с ростом дебита газа обеспечиваются оптимальные условия диспергирования газожидкостной смеси при минимальных потерях давления в узле диспергирования и снижается расход пенообразователя вплоть до полного прекращения подачи его в газожидкостный поток, когда нижние 20, 21 и верхние 18, 19 части сужающих элементов 9, 10 сомкнутся между собой. При дальнейшем росте дебита газа отдельные части сужающих элементов 9. 10 будут перемещаться как единое целое. 1776768 Размер проходного сечения сопел 6, 7 и расход ПАВ при крайнем нижнем положении сужающих элементов 9, 10 выбираются, исходя из минимально возможного дебита газа в процессе эксплуатации скважины и обеспечения при этом оптимальных условий диспергирования и пенообраэования газожидкостной смеси. При высоких деби.тах газа скоростной напор газожидкостного потока оказывает разрушающее воздействие на процесс пенообразования. В этих условиях ввод ПАВ способствует в основном диспергированию капель жидкости и предупреждает их коагуляцию эа счет образования адсорбционной пленки на поверхности капель. Поэтому жесткость пружин 24, 25 и первоначальный размер зазоров между нижними 20, 21 и верхними 18, 19 частями сужающих элементов 9, 10 выбирают такими, чтобы, начиная с определенного значения дебита газа, расход ПАВ постепенно уменьшался и затем подача его в газожидкостный поток прекратился, когда дальнейшее применение ПАВ станет нецелесообразным. Жесткость пружины 30 выбирают больше жесткости пружин 24, 25, исходя из условия обеспечения минимальных потерь давления в узле диспергирования при высоких дебитах газа и смыкании при этом нижних 20, 21 и верхних 18, 19 частей сужающих элементов 9, 10. Технико-экономическая эффективность применения саморегулируемого устройства для удаления жидкости с забоя газовой скважины заключается в снижении потерь давления в колонне лифтовых труб и тем самым повышении добывных воэможностей скважины за счет обеспечения оптимальных условий диспергирования гаэожидкостной смеси при значительных колебаниях дебита, скважины и сохранения созданной в устройстве высокодисперсной структуры газожидкостной смеси по всей длине колонны лифтовых труб без применения дополнительных диспергаторов, что достигается дозированным вводом ПАВ в восходящий газожидкостный поток. -5 Формула изобретения Саморегулируемое устройство для удаления жидкости с забоя газовой скважины, содержащее корпус с элементами для связи с колонной насосно-компрессорных труб и 10 хвостовиком и установленный в нижней части корпуса над хвостовиком узел диспергирования с двумя концентричными соплами кольцевого типа, ограниченными внешним и внутренним сужающими элементами и вы15 полненными с инжекторной кольцеобраэной камерой между ними, выход которой снабжен крышкой со сквозными отверстиями, а вход гидравлически сообщен с полостью хвостовика каналом, выполненным в 20 виде пучка трубок. равномерно распределенных по образующей конуса с вершиной, направленной в сторону хвостовика, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью регулирования проходного сечения сопел и дозирова25. ния количества вспенивающих поверхностно-активных веществ в гаэожидкостный поток, оно снабжено прижимной цилиндрической втулкой, возвратными пружинами и пакером, в корпусе выполнены 30 сквозные каналы, а пакер установлен ниже сквозных каналов, при этом сужающие элементы выполнены составными из подпружиненных возвратными пружинами нижней и верхней частей с образованием полостей 35 между ними, причем прижимная втулка, верхние и нижние части сужающих элементов выполнены с каналами для сообщения через них, каналы в корпусе и полости в сужающих элементах трубного и затрубного 40 пространств при крайнем нижнем и промежуточных положениях нижних частей сужающих элементов относительно верхних частей. 1776768 Составитель Р.Кондрат Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ, 4104 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5
