Погружная насосно-эжекторная система для добычи нефти

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при насосно-эжекторной добыче нефти из скважин в осложненных условиях. Обеспечивает повышение надежности и расширение области применения насосно-эжекторной добычи нефти из скважин путем освоения скважин при установленном в скважине струйном аппарате и возможности размещения струйного аппарата на различных глубинах в зависимости от производительности скважины. Сущность изобретения: устройство содержит спущенную в скважину на насосно-компрессорных трубах погружную насосную установку, посадочное седло, а также струйный аппарат и гильзу, выполненные в виде модулей, спускаемых и извлекаемых из скважины посредством канатной техники. Модуль струйного аппарата снабжен обратным клапаном, установленным ниже сопла, при этом с помощью системы перепускных каналов, выполненных в модуле струйного аппарата и посадочном седле, пространство под обратным клапаном сообщено с затрубным пространством скважины, пространство над обратным клапаном сообщено с приемной камерой струйного аппарата, а пространство под соплом сообщено с нагнетательной линией погружной насосной установки, причем струйный аппарат и гильза снабжены цангами для фиксации в посадочном седле. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при механизированной добыче нефти из скважин в осложненных условиях.

Известно устройство для подъема газированной жидкости из скважины, содержащее насос, центробежный газосепаратор и струйный аппарат (патент СССР №1825544, F 04 F 5/54, 1988). Известное устройство имеет низкую надежность и ограниченную возможность адаптации к изменяющимся условиям эксплуатации в скважине вследствие стационарного расположения струйного аппарата в колонне насосно-компрессорных труб. Низкая надежность обусловлена невозможностью автономного извлечения струйного аппарата из скважины в случае засорения или износа проточной части, для этого скважину необходимо глушить, ставить бригаду подземного ремонта и поднимать на поверхность всю установку вместе с насосно-компрессорными трубами (НКТ). По этой же причине ограничена возможность адаптации, поскольку поменять типоразмер струйного аппарата под изменившиеся в процессе эксплуатации условия невозможно без подъема всей установки на поверхность.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является погружная насосно-эжекторная система для добычи нефти, содержащая спущенную в скважину на насосно-компрессорных трубах погружную насосную установку, посадочное седло для струйного аппарата, а также струйный аппарат и гильзу, выполненные в виде модулей, спускаемых и извлекаемых из скважины посредством канатной техники (Мищенко И,Т., Гумерский Х.Х., Марьенко В.П. Струйные насосы для добычи нефти. - М.: Нефть и газ, 1996. - С.89-97). Известное устройство имеет низкую надежность и ограниченную область применения. Низкая надежность известного технического решения вызвана следующими обстоятельствами. Во-первых, освоение скважины проводят без струйного аппарата, используя только погружную насосную установку. Это увеличивает общее время вывода на режим и число отключений погружной установки при освоении, что негативно сказывается на величине наработки установки на отказ. Во-вторых, применяемое в известном техническом решении замковое устройство не обеспечивает надежной фиксации струйного аппарата и гильзы, имеет сложную конструкцию и невысокий срок службы. Низкая надежность насосно-эжекторной эксплуатации скважин совершенно недопустима в нынешней ситуации постоянного усложнения условий нефтедобычи. Кроме того, в известном решении струйный аппарат можно установить только в одном месте колонны НКТ, что ограничивает область применения. Поэтому использование на практике известного технического решения несколько лет назад полностью прекращено.

Задачей изобретения является повышение надежности и расширение области применения насосно-эжекторной добычи нефти из скважин путем освоения скважины при установленном в колонне НКТ струйном аппарате и возможности размещения струйного аппарата на различных глубинах в зависимости от производительности скважины, а также снабжения струйного аппарата и гильзы цангами для фиксации в посадочном седле.

Повышение надежности и расширение области применения в устройстве для добычи нефти, содержащем спущенную в скважину на насосно-компрессорных трубах погружную насосную установку, посадочное седло, а также струйный аппарат и гильзу, выполненные в виде модулей, спускаемых и извлекаемых из скважины посредством канатной техники, достигается тем, что модуль струйного аппарата снабжен обратным клапаном, установленным ниже сопла, при этом с помощью системы перепускных каналов, выполненных в модуле струйного аппарата и посадочном седле, пространство под обратным клапаном сообщено с затрубным пространством скважины, пространство над обратным клапаном сообщено с приемной камерой струйного аппарата, а пространство под соплом сообщено с нагнетательной линией погружной насосной установки, причем струйный аппарат и гильза снабжены цангами для фиксации в посадочном седле. В варианте выполнения устройства на насосно-компрессорных трубах установлено не менее двух посадочных седел, по крайней мере одно из которых расположено выше динамического уровня, а другое - ниже динамического уровня. В одном из вариантов устройства размеры проходного сечения нижележащего посадочного седла меньше, чем у вышележащего седла.

Указанные выше отличительные признаки изобретения позволяют повысить надежность процесса механизированной добычи нефти из скважин в осложненных условиях. Кроме того, при этом существенно расширяется область применения насосно-эжекторной нефтедобычи, т.к. появляется возможность успешно эксплуатировать скважины с изменяющимися, нестационарными характеристиками, где применение известных технических решений не позволяет добиться устойчивой, без потерь в добыче нефти, работы.

На фиг.1 представлена схема погружной насосно-эжекторной системы для добычи нефти при расположении струйного аппарата выше динамического уровня, на фиг.2 - схема струйного аппарата, на фиг.3 - схема системы с установленной гильзой, на фиг.4 - вариант выполнения системы при расположении струйного аппарата ниже динамического уровня, на фиг.5 - вариант выполнения системы с двумя посадочными седлами.

Погружная насосно-эжекторная система (см. фиг.1) для добычи нефти содержит спущенную в скважину 1 на насосно-компрессорных трубах 2 погружную насосную установку 3, посадочное седло 4, а также струйный аппарат 5, выполненный в виде модуля, спускаемого и извлекаемого из скважины 1 посредством набора инструментов канатной техники (канатная техника на схеме не показана). Скважина 1 эксплуатирует нефтяной пласт 6, динамический уровень обозначен позицией 7, а затрубное пространство - позицией 8. В состав погружной насосной установки 3 входят погружной насос 9 и погружной электродвигатель 10 с гидрозащитой, а также может входить газосепаратор 11 для случаев эксплуатации скважин с повышенным газовым фактором.

Струйный аппарат 5 (см. фиг.2) снабжен обратным клапаном 12, установленным ниже сопла 13. С помощью системы перепускных каналов 14, 15 и 16 (в посадочном седле 4 - см. фиг.1) пространство 17 под обратным клапаном 12 сообщено с затрубным пространством 8 (см. фиг.1) скважины 1, пространство 18 над обратным клапаном 12 сообщено с приемной камерой 19 струйного аппарата 5, а пространство 20 под соплом 13 сообщено с нагнетательной линией 21 (см. фиг.1) погружной насосной установки 3. Струйный аппарат 5 содержит также камеру смешения 22, диффузор 23, ловильную головку 24, уплотнительные элементы 25, 26 и снабжен цангой 27 со срезным кольцом 28 для фиксации в посадочном седле 4. Для предотвращения засорения сопла 13 твердыми частицами в струйном аппарате 5 имеется фильтр 29.

Вместо струйного аппарата (см. фиг.3) в посадочном седле 4 может быть установлена полая гильза 30, перекрывающая перепускные каналы 16 из затрубного пространства 8 скважины 1 во внутреннюю полость седла 4. Гильза 30 имеет такую же форму наружной поверхности с уплотнительными элементами, цангу и ловильную головку, как и струйный аппарат 5.

На насосно-компрессорных трубах (см. фиг.5) 2 может быть установлено не менее двух посадочных седел - 4 и 31, по крайней мере одно из которых расположено выше динамического уровня 7, а другое - ниже динамического уровня 7. Размеры проходного сечения нижележащего посадочного седла 31 меньше, чем у вышележащего седла 4. При этом в одном из посадочных седел может находиться струйный аппарат 5, а в другом - полая гильза 30, изолирующая сообщение между затрубным пространством 7 и внутренней полостью седла 31 перекрытием перепускных каналов 32.

Погружная насосно-эжекторная система для добычи нефти работает следующим образом.

При освоении скважины 1 погружная насосно-эжекторная система откачивает на поверхность тяжелую технологическую жидкость глушения. Продуктивность скважины 1 и приток из пласта 6 в этот период существенно ниже, чем при эксплуатации. Струйный аппарат 5 при освоении является забойным штуцером. В приемной камере 19 не создается разрежение, поэтому обратный клапан 12 закрыт. Наличие клапана 12 препятствует обратному перетоку жидкости через приемную камеру 19 в затрубное пространство 8 на прием погружной насосной установки 3. Заштуцированная погружная насосная установка 3 успешно осваивает скважину 1 без срывов подачи.

После завершения процесса освоения продуктивность скважины 1 существенно улучшается и перепад давлений, необходимый для подъема водонефтегазовой смеси на поверхность, заметно уменьшается. Вследствие снижения противодавления на выходе из струйного аппарата 5 в приемной камере 14 создается разрежение, и струйный аппарат 5 начинает эжектировать продукцию на поверхность.

При повышенном газовом факторе в состав системы входит газосепаратор 11. Газожидкостная (нефтегазовая или водонефтегазовая) смесь из скважины 1 поступает в газосепаратор 11. Свободный газ отделяется в газосепараторе 11 от жидкости и сбрасывается в затрубное пространство 8, а жидкость нагнетается погружным насосом 9 по линии 21 и далее через фильтр 29, перепускной канал 15 и пространство 20 в сопло 13 струйного аппарата. Жидкость, истекая из сопла 13 с высокой скоростью, подсасывает при этом продукцию из затрубного пространства 8 через перепускные каналы 16 (в седле 4), 14 и 17 (в корпусе струйного аппарата - см. фиг.2), обратный клапан 12 и пространство 18 в приемную камеру 19. Эжектируемой из затрубного пространства 8 продукцией при расположении струйного аппарата 5 выше динамического уровня 8 (см. фиг.1) является газ, а ниже динамического уровня 8 (см. фиг.4) - газожидкостная водонефтегазовая смесь. В камере смешения 22 происходит энергообмен между взаимодействующими потоками, а в диффузоре 23 - преобразование кинетической энергии смешанного потока в потенциальную энергию давления. Поток продукции поднимается далее по насосно-компрессорным трубам 2 на поверхность.

Конструктивное исполнение системы позволяет заменять типоразмер струйного аппарата 5 при подъеме его на поверхность, а также ставить вместо струйного аппарата 5 гильзу 30. Гильза 30 ставится вместо струйного аппарата 5 в тех случаях, когда необходимо в течение некоторого периода времени эксплуатировать скважину 1 без струйного аппарата 5, а также при проведении промывок погружного насоса 9 с поверхности через затрубное пространство 8. Спуск и посадка струйного аппарата 5 или гильзы 30 производятся с помощью набора инструментов канатной техники, состоящего из устройства закрепления проволоки, грузовой штанги, механического ясса и цангового инструмента. Ударами ясса с грузовой штангой вниз струйный аппарат 5 устанавливается в седло 4 и фиксируется цангой 27 (наружный диаметр цанги 27 меньше посадочных мест уплотнительных элементов 25 и 26). При посадке струйного аппарата 5 штифты в цанговом инструменте канатной техники срезаются, и набор инструментов канатной техники после этого свободно отделяется от ловильной головки 24 струйного аппарата 5 и поднимается на поверхность. При подъеме струйного аппарата 5 или гильзы 30 в набор инструментов добавляется гидравлический ясс. Ударами гидравлического ясса вверх в срезном кольце 28 (см. фиг.2) срезается штифт. Кольцо 28 смещается и цанга 27 выходит из зацепления. После этого струйный аппарат 5 или гильза 30 извлекаются на поверхность.

В варианте выполнения системы с несколькими посадочными седлами, число которых составляет не менее двух, по крайней мере одно из них - седло 4 расположено выше динамического уровня 7, а другое (седло 31) - ниже динамического уровня 7 (см. фиг.5). В одном из вариантов размеры проходного сечения нижележащего посадочного седла 31 меньше, чем у вышележащего седла 4. На схеме, показанной на фиг.5, в верхнем из посадочных седел находится струйный аппарат 5, а в нижнем - полая гильза 30. Такая конфигурация системы предназначена для эксплуатации скважины 1 в случае низкой производительности. Струйный аппарат 5 откачивает газ из затрубного пространства 8, а гильза 30 перекрывает перепускные каналы 32 и сообщение между затрубным пространством 7 и внутренней полостью седла 31. В случае повышения производительности скважины 1 (например, при росте пластового давления) струйный аппарат 5 устанавливается в седло 31, расположенное ниже динамического уровня 7, и откачивает водонефтегазовую смесь, а гильза 30 ставится в седло 4 выше динамического уровня и перекрывает перепускные каналы 16.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет существенно повысить надежность и расширить область применения погружной насосно-эжекторной системы для добычи нефти по сравнению с известными изобретениями.

1. Погружная насосно-эжекторная система для добычи нефти, содержащая спущенную в скважину на насосно-компрессорных трубах погружную насосную установку, посадочное седло, а также струйный аппарат и гильзу, выполненные в виде модулей, спускаемых и извлекаемых из скважины посредством канатной техники, отличающаяся тем, что модуль струйного аппарата снабжен обратным клапаном, установленным ниже сопла, при этом с помощью системы перепускных каналов, выполненных в модуле струйного аппарата и посадочном седле, пространство под обратным клапаном сообщено с затрубным пространством скважины, пространство над обратным клапаном сообщено с приемной камерой струйного аппарата, а пространство под соплом сообщено с нагнетательной линией погружной насосной установки, причем струйный аппарат и гильза снабжены цангами для фиксации в посадочном седле.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что на насосно-компрессорных трубах установлено не менее двух посадочных седел, по крайней мере одно из которых расположено выше динамического уровня, а другое - ниже динамического уровня.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что размеры проходного сечения нижележащего посадочного седла меньше, чем у вышележащего седла.