Штанговая насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов

Изобретение относится к скважинным штанговым насосным установкам. Установка включает колонну лифтовых труб, пакер, хвостовик и штанговый насос с боковым отверстием в цилиндре, делящим этот цилиндр на две части, пропорциональные производительностям соответствующих пластов, размещенным в кожухе над двухканальным корпусом, в одном из каналов которого размещен дополнительный всасывающий клапан с выходом в зазор между кожухом и цилиндром, а второй канал сообщен с входом штангового насоса, входы первого и второго каналов сообщены с надпакерным пространством скважины и хвостовиком или наоборот. Согласно изобретению штанговый насос выполнен вставным с удлиненным нижним манжетным креплением и якорным башмаком, сообщенным с выходом двухканального переходника. Зазор между цилиндром и кожухом над боковым отверстием цилиндра герметизирован уплотнительной катушкой с манжетами и запорным элементом, которая верхним концом соединена с подгоночным патрубком, оборудованном на стыке с колонной лифтовых труб перевернутым якорным башмаком механического крепления вставного насоса, а верхняя часть цилиндра снабжена перевернутым замком соответствующего верхнего механического крепления. Причем верхняя поверхность уплотнительного кольца якорного башмака располагается ниже торца пружины перевернутого замка на расстоянии, равном от бокового отверстия цилиндра до середины запорного элемента уплотнительной катушки. Технический результат заключается в сокращении объема производимых работ на скважине при определении дебита и обводненности каждого эксплуатируемого пласта. 4 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным штанговым насосным установкам.

Известна установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (патент РФ №2221136, БИ №1 за 2004 г., аналог), содержащая колонну лифтовых труб пакер, хвостовик и штанговый насос с основным и дополнительным боковым всасывающими клапанами.

Недостатком установки является сложности проводимых работ на скважине при определении дебита и обводненности каждого объекта эксплуатации, поскольку продукция обоих пластов смешивается и на поверхность поднимается единым лифтом. Кроме этого, большой поперечный габарит насоса, из-за размещенного сбоку от цилиндра дополнительного всасывающего клапана, ограничивает возможность спуска в скважины с уменьшенным диаметром эксплуатационной колонны (ЭК).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (патент №2377395, Бюл. №36, 27.12.2009 г., прототип). Установка включает колонну лифтовых труб, пакер, хвостовик, штанговый насос с боковым отверстием в цилиндре, размещенным в кожухе, двухканальный корпус, в один из каналов которого размещен дополнительный всасывающий клапан, а второй канал сообщен с входом штангового насоса.

Общим недостатком известных установок является сложность и трудоемкость проводимых работ на скважине по определению дебита и обводненности каждого объекта эксплуатации. Для обеспечения отбора жидкости только из нижнего объекта производится закрытие бокового отверстия цилиндра насоса плунжером (временное исключение отбора жидкости из верхнего объекта). При этом на устье скважины устанавливают необходимую длину хода СК, и при помощи полированного штока осуществляют переподгонку плунжера в цилиндре насоса таким образом, чтобы нижний торец плунжера перемещался только в пределах от нижней мертвой точки (НМТ) до бокового отверстия цилиндра. В случае нехватки длины полированного штока на устье скважины добавляют полуштанги. Эти работы проводятся в отдельных случаях (при большом расстоянии бокового отверстия от всасывающего клапана) с привлечением бригады подземного ремонта скважины (ПРС). Кроме этого, при использовании на скважине цепного привода (ПЦ), вовсе отсутствует возможность определения индивидуальных дебитов и обводненности каждого объекта путем исключения отбора жидкости одного из объектов, поскольку длина хода ПЦ неизменна, т.е. не регулируется.

Технической задачей, решаемой предлагаемой установкой, является упрощение и сокращение производимых работ на скважине при определении дебита и обводненности каждого эксплуатируемого пласта и обеспечение возможности определения этих же параметров работы скважины, оборудованной цепным приводом.

Указанная задача решается тем, что в штанговой насосной установке для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, включающей колонну лифтовых труб, пакер, хвостовик и штанговый насос с боковым отверстием в цилиндре, делящим этот цилиндр на две части, пропорциональные производительностям соответствующих пластов, размещенным в кожухе над двухканальным корпусом, в одном из каналов которого размещен дополнительный всасывающий клапан с выходом в зазор между кожухом и цилиндром, а второй канал сообщен с входом штангового насоса, входы первого и второго каналов сообщены с надпакерным пространством скважины и хвостовиком или, наоборот, согласно изобретению штанговый насос выполнен вставным с удлиненным нижним манжетным креплением и якорным башмаком, сообщенным с выходом двухканального переходника, зазор между цилиндром и кожухом над боковым отверстием цилиндра герметизирован уплотнительной катушкой с манжетами и запорным элементом, которая верхним концом соединена с подгоночным патрубком, оборудованном на стыке с колонной лифтовых труб перевернутым якорным башмаком механического крепления вставного насоса, а верхняя часть цилиндра снабжена перевернутым замком соответствующего верхнего механического крепления. Причем верхняя поверхность уплотнительного кольца якорного башмака располагается ниже торца пружины перевернутого замка на расстоянии равном от бокового отверстия цилиндра до середины запорного элемента уплотнительной катушки. При этом цилиндр насоса с наружной стороны выше и ниже бокового отверстия в пределах расположения уплотнительной катушки имеет отшлифованную поверхность.

На фиг. 1 изображена схема расположения нижней ча сти установки при совместной эксплуатации двух пластов, на фиг. 2 - схема верхней части штангового насоса установки.

На фиг. 3 показана схема штангового насоса при исследовании одного из пластов, на фиг. 4 - схема двухканального переходника штангового насоса при забойном давлении нижнего пласта, превышающем забойное давление верхнего.

Установка содержит (см. фиг. 1) колонну лифтовых труб 1, пакер 2, который хвостовиком 3 соединен со вставным штанговым насосом 4 с нижним удлиненным манжетным креплением 5 и якорным башмаком 6. Насос 4 содержит плунжер 7 со штоком 8, соединенным с колонной штанг (не показан) и цилиндр 9 с отверстием 10 и основным всасывающим клапаном 11. На цилиндр 9 надет кожух 12 с зазором 13 для протекания жидкости к отверстию 10. К нижнему концу кожуха 12 присоединен двухканальный переходник 14 с каналом 15, соединенным с основным всасывающим клапаном 11 с помощью эксцентричного переходника 16 с патрубком (не обозначен) и удлиненного манжетного крепления 5, и с каналом 17, соединенным с входом дополнительного всасывающего клапана 18, выход которого сообщается зазором 13. В зависимости от условий эксплуатации установки двухканальный переходник 14 выполняется в двух вариантах (см. фиг. 4), т.е. входами один из каналов 15 или 19 сообщен с межтрубном пространством 21, а другой 15 или 17 - хвостовиком 3. При этом в обоих вариантах вход хвостовика 3 сообщен с пространством 20 под пакером 2, разобщающий нижний пласт 21 от верхнего 22, последний который сообщен с межтрубным пространством 20. К верхнему концу кожуха 12 над отверстием 10 присоединена уплотнительная катушка 23 с манжетами 24 и запорным элементом 25 в виде кольца из фторопласта. Цилиндр 9 насоса с наружной стороны выше и ниже бокового отверстия 10 в пределах расположения уплотнительной катушки 23 имеет отшлифованную поверхность. Уплотнительная катушка 25 сверху подсоединена с подгоночным патрубком 26, оборудованным на стыке с лифтовых труб 1 перевернутым якорным башмаком 27 с уплотнительным кольцом 28 механического крепления вставного насоса по API. При этом верхняя часть цилиндра 8 соответственно оборудована перевернутым замком 29 верхнего механического крепления по API с пружиной 30 и анкерным цилиндром 31.

Перед спуском установки в скважину предварительно в механическом цехе выполняют монтаж насоса снизу верх таким образом, что выборочное расстояние (~20 см) от отверстия 10 цилиндра 9 до середины запорного элемента 25 совпадало с расстоянием от нижнего торца пружины 30 замка 29 до верхней поверхности уплотнительного кольца 30 якорного башмака 29. Совпадение этих расстояний осуществляется путем подбора длины подгоночного патрубка 26. Верхний конец штока 8 исполнен под захват автосцепа (не показан) для стыковки колонны штанг со штоком 8 плунжера 7, который спускают в скважину в последнюю очередь.

Установка работает следующим образом.

При ходе плунжера 7 (см. фиг. 1) вверх под ним создается разрежение, и продукция нижнего пласта 21 через подпакерное пространство 20, хвостовик 3, канал 15 двухканального переходника 14 и основного всасывающего клапана 11 поступает в цилиндр 9 насоса 4. После прохождения нижним торцом плунжера 7 отверстия 10 в цилиндр 9 поступает через межтрубное пространство 19, канал 17, с дополнительным всасывающим клапаном 18, зазор 13 под кожухом 12 и отверстие 10, продукция верхнего пласта 22. При этом основной всасывающий клапан 11 закрывается, т.к. забойное давление на уровне насоса 4 у верхнего пласта 22 больше, чем у нижнего пласта 21. К тому же из-за гидростатического столба жидкости на высоте хвостовика 3 давление на приеме насоса, т.е. в цилиндре, меньше, чем забойное давление нижнего пласта 21. Поэтому в оставшуюся часть хода плунжера 7 поступает продукция только верхнего пласта 22. При ходе вниз жидкость в цилиндре 9 насоса 4 перетекает через плунжер 7, и при следующем ходе все повторяется вновь, а продукция пластов 21 и 22 перекачивается вверх по колонне лифтовых труб 1.

В случае если, наоборот, забойное давление нижнего пласта 21 выше, чем у верхнего 22, при спуске штангового насоса 4 применяется другой конструкции двухканальный переходник 14 (см. фиг. 4). Тогда установка работает также, только сначала в цилиндр 9 поступает продукция верхнего пласта 22, а затем после прохождения торцом плунжера 7 отверстия 10, продукция нижнего пласта 21.

Для определения дебита и обводненности каждого эксплуатируемого пласта в отдельности осуществляют отбор жидкости только из одного пласта следующим образом.

На устье скважины полированный шток (не показан) колонны штанг поднимают до упора верхнего торца плунжера 7 на анкерный цилиндр 31 замка 29, что приводит к повышению веса подвески колонны штанг. Дальнейший подъем подвески колонны штанг приводит к перемещению вверх штангового насоса 4 с оправкой манжетного крепления 18 относительно кожуха 12 и удлиненного цилиндра якорного башмака на ~20 см с повышением веса подвески. При этом происходит прикрытие бокового отверстия 10 цилиндра 9 запорным элементом 25 уплотнительной катушки 23, т.е. отсекается поступление жидкости одним из пластов 21 и 22 в зависимости от режима их эксплуатации с применением разновидности двухканального переходника 14. При повышении веса подвески колонны штанг еще на 500 кг над весом для перемещения подвески, подъем нужно остановить, это означает, что посадочный узел замка 29 упирается в уплотнительное кольцо 28, и пружину 30, фиксированную в якорном башмаке 27, а манжетное крепление 5 остается в пределах удлиненного цилиндра якорного башмака 6 (см. фиг. 3). Для предотвращения смещения цилиндра 9 насоса 4 в кожухе 12 при ходе плунжера 7 вниз предварительно путем изменения угла проточки торца пружины 30 в зависимости от диаметра плунжера насоса 4, подбирают усилие сжатия пружины 30, превышающее усилие срыва от уплотнительного кольца 28.

Для восстановления рабочего положения плунжера 7 в цилиндре 9, полированный шток спускают и закрепляют в штанговращателе (не показан) на 20 см выше от первоначального положения. Для сохранения первоначального рабочего режима откачки жидкости насосом 4 из замеряемого пласта, уменьшают число качаний привода для достижения линейной скорости откачки жидкости эквивалентно линейной скорости откачки жидкости при совместной работе пластов, т.е. N₁*L=N₂*L,

где N₁ и N₂ - соответственно число качание привода до исследования и при исследовании скважины, L - длина хода полированного штока привода.

По известному значению дебита и обводненности исследуемого пласта определяются эти же параметры другого пласта путем вычета от общего совместного замера продукции скважины.

После исследования скважины, т.е. определения дебита и обводненности продукции замеряемого пласта, осуществляют перепосадку штангового насоса 4 в кожухе 12. Для этого на устье скважины освобождают полированный шток от штанговращателя, и медленно спускают штанговую подвеску до полного разгрузки ее веса. За счет полного веса колонны штанг пружина 30 замка 29 срывается из уплотнительного кольца 28. На устье скважины восстанавливают первоначальное положение полированного штока в штанговращателе и запускают скважину для совместной эксплуатации пластов 21 и 22.

Установка позволяет при одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов штанговым насосом существенно сократить объем производимых работ на скважине при определении дебита и обводненности каждого эксплуатируемого пласта, и расширяет возможности определение этих же параметров работы скважины при оборудовании ее длинноходовым цепным приводом (ПЦ).

Штанговая насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, включающая колонну лифтовых труб, пакер, хвостовик и штанговый насос с боковым отверстием в цилиндре, делящим этот цилиндр на две части, пропорциональные производительностям соответствующих пластов, размещенным в кожухе над двухканальным переходником, в одном из каналов которого размещен дополнительный всасывающий клапан с выходом в зазор между кожухом и цилиндром, а второй канал сообщен с входом штангового насоса, входы первого и второго каналов сообщены с надпакерным пространством скважины и хвостовиком или наоборот, отличающаяся тем, что штанговый насос выполнен вставным с удлиненным нижним манжетным креплением и якорным башмаком, сообщенным с выходом двухканального переходника, зазор между цилиндром и кожухом над боковым отверстием цилиндра герметизирован уплотнительной катушкой с манжетами и запорным элементом, которая верхним концом соединена с подгоночным патрубком, оборудованном на стыке с колонной лифтовых труб перевернутым якорным башмаком механического крепления вставного насоса, а верхняя часть цилиндра снабжена перевернутым замком соответствующего верхнего механического крепления, причем верхняя поверхность уплотнительного кольца якорного башмака располагается ниже торца пружины перевернутого замка на расстоянии, равном от бокового отверстия цилиндра до середины запорного элемента уплотнительной катушки, при этом цилиндр насоса с наружной стороны выше и ниже бокового отверстия в пределах расположения уплотнительной катушки имеет отшлифованную поверхность.