Система байпасирования насосной установки
PUMPING UNIT BYPASS SYSTEM

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано как для добычи жидких или газообразных углеводородов, так и для проведения работ в скважинах с горизонтальным окончанием без извлечения насосного оборудования.
Известны системы байпасирования насосной установки (например, по патентам RU2654301, RU2495280, GB2410965, заявке WO2016/209658), содержащие У-блок, соединяющий колонну байпасных труб и установку электроцентробежного насоса (УЭЦН), скрепленные между собой протектолайзерами.
Общим недостатком указанных систем является высокий риск недохождения средства доставки (гибкая насосно-компрессорная труба - ГНКТ, жесткий геофизический кабель - ЖК и др.) до забоя скважины с горизонтальным окончанием и, как следствие, невозможность выполнения необходимых технологических операций на скважине. Недохождение происходит ввиду свободного расположения средства доставки в пространстве эксплуатационной колонны скважины ниже воронки указанных выше систем байпасирования, что приводит к волнообразному и спиралевидному скручиванию кабелей и труб, увеличиваются поверхности контакта, повышается трение, ухудшается передача толкающего усилия, повышается вероятность запирания и излома трубы.
Наиболее близкой по техническим особенностям является система байпасирования насосной установки по патенту RU2449117 (МПК E21B47/00, опубл. 27.04.2012 г.). Система байпасирования насосной установки состоит из y-переходника, к которому крепятся насосная установка и колонна байпасных труб, а также из вертлюга, седла и протектолайзеров. Между y-переходником и колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) установлена разрывная муфта, причем в y-переходнике установлена пробка, кроме того, насосная колонна содержит уравновешивающий клапан, а колонна байпасных труб содержит воронку, при этом насосная колонна и колонна байпасных труб закреплены между собой протектолайзерами с возможностью их разъединения и седлом с возможностью его разъединения и прикреплены к y-переходнику с помощью разрывных муфт.
Недостатком прототипа является недохождение средства доставки до забоя в горизонтальном участке скважины из-за явления запирания на участке скважины между воронкой системы байпасирования и хвостовиком эксплуатационной колонны, при котором высоки риски излома трубы.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание системы байпасирования, лишенной недостатков аналогов.
Технический результат - увеличение глубины прохождения средств доставки в наклонных и горизонтальных участках скважин при минимизации их скручивания, изгиба, запирания и излома.
В отличие от прототипа
Техническая проблема решается, а результат достигается системой байпасирования насосной установки, состоящей из у-переходника, к которому закреплены установка электроцентробежного насоса (УЭЦН) и байпасная линия, состоящая из колонны байпасных труб, держатель байпасной линии и протектолайзеры, соединяющие байпасную линию и УЭЦН в общую конструкцию вдоль всей компоновки.  с держателем байпасной линии снизу жестко соединена направляющая для средства доставки, выполненная в виде муфтовой или безмуфтовой трубной колонны, длиной, определяемой расчетным путем исходя из условия дохождения средства доставки в необходимую область горизонтального участка скважины, при этом диаметр указанной направляющей составляет не более двойного диаметра и не менее одного диаметра средства доставки и/или доставляемого оборудования.
Согласно изобретению, в частных случаях выполнения:
- направляющая для средства доставки ниже держателя имеет длину не менее, чем от держателя байпасной линии до захода направляющей в хвостовик скважины;
- направляющая для средства доставки ниже держателя имеет длину, позволяющую заходить в хвостовик горизонтально законченной скважины, а на конце направляющей для средства доставки установлена выполненная в качестве направляющей для захода в хвостовик воронка, герметичная или с каналами для прохода жидкости по внешнему ее контуру, выше которой установлены перфорированные патрубки направляющей для средства доставки;
- между у-переходником и УЭЦН установлен обратный клапан во избежание слива жидкости через УЭЦН при ее остановке;
- система содержит телескопическую муфту, ниже которой установлен опорный элемент для безопасного монтажа с байпасной трубой, на которой подвешена через держатель направляющая для средства доставки;
- система содержит ниппель для установки технологического оборудования, выполненный как отдельная деталь или как часть у-переходника или муфты телескопической;
- средство доставки выполнено в виде шлангокабеля, сталеполимерной трубы, жесткого кабеля, гибкой насосно-компрессорной трубы (ГНКТ);
- в насосной линии, представляющей собой трубу или несколько труб, соединяющих у-переходник с УЭЦН, между у-переходником и УЭЦН установлена муфта с шейкой при необходимости дополнительной фиксации протектолайзером насосной линии с байпасной;
- над у-переходником установлена система реперных патрубков для определения места посадки/съема технологических пробок и клапанов;
- между y-переходником и системой реперных патрубков установлен ниппель для опрессовки лифта НКТ (насосно-компрессорных труб).
Технический результат достигается следующим.
Наличие указанной направляющей позволяет исключить свободное расположение средства доставки в пространстве эксплуатационной колонны скважины.
Указанный диаметр направляющей выбран авторами опытным путем и позволяет обеспечить зазор между средством доставки и внутренними стенками направляющей, достаточный для беспрепятственного прохождения средства доставки по всей длине направляющей (трубной колонны). В то же время, направляющая с указанным диаметром минимизирует волнообразное и спиралевидное скручивание кабелей и труб, уменьшает поверхности контакта, трение, улучшает передачу толкающего усилия, уменьшает риски запирания и исключает риски излома средства доставки.
Указанная длина, выбираемая расчетным путем исходя из условия дохождения средства доставки в необходимую область горизонтального участка скважины, обеспечивает максимальное дохождение до забоя средства доставки (трубы, ГНКТ, жесткие кабели) в скважинах с горизонтальным окончанием за счет длинной муфтовой или безмуфтовой трубной колонны ниже держателя. В частном случае длина не менее чем от держателя системы байпасирования до захода направляющей в хвостовик скважины позволяет также минимизировать или исключить попадание средства доставки в эксплуатационную колонну над хвостовиком.
Все перечисленное позволяет увеличить глубину прохождения средства доставки, минимизировать риски недохождения оборудования до требуемых областей в скважине, исключить риски, возникающие при движении средства доставки и оборудования эксплуатационной колонны выше хвостовика.
Сущность изобретения поясняют рисунки, где показана заявляемая система:
На фиг. 1 - в общем виде;
На фиг.2 - один из частных случаев выполнения системы.
На фигурах показано:
1. Лифт НКТ
2. Реперный патрубок или их система
3. у-переходник, соединяющий насосную установку и байпасную линию с лифтом НКТ
4. ниппель для установки пробок, герметизирующих колонну байпасных труб при выполнении технологических операций и работе скважины в режиме добычи (как отдельная деталь, так и часть у-переходника или муфты телескопической)
5. муфта телескопическая, позволяющая монтировать параллельные байпасную и насосную линии
6. опорный элемент, устанавливаемый в байпасной линии ниже телескопической муфты
7. байпасная линия
8. насосная линия
9. муфта с шейкой, устанавливаемая в насосной линии при необходимости дополнительной фиксации протектолайзером
10. протектолайзеры, соединяющие байпасную и насосную линии в общую конструкцию вдоль всей компоновки
11. хвостовик, устанавливаемый под УЭЦН фланцевым или резьбовым соединением
12. стержень хвостовика для направления перемещения держателя при монтаже/демонтаже системы байпасирования
13. седло с шейкой для установки протектолайзера в нижней точке совместного расположения байпасной и насосной линий компоновки и опоры байпасной линии при монтаже/демонтаже
14. держатель байпасной линии
15. направляющая средства доставки
16. воронка (перо)
17. подвесной патрубок насосной линии
18. верхний узел системы байпасирования.
Работа системы байпасирования показана для частного случая выполнения.
Монтаж осуществляется на устье скважины полностью, либо из собранных заранее узлов. Воронку 16 соединяют с нижней резьбой направляющей 15 средства доставки.
.
В качестве направляющей 15, в частности, может использоваться насосно-компрессорная труба (НКТ) Далее набирается необходимая длина направляющей 15 согласно предварительным расчетам по дохождению средства доставки в необходимую область горизонтального участка скважины в специализированных существующих расчетных программах, например, «MEDCO» (на сайте www.medcotas.com ), «Cerberus»(https://www.nov.com/-/media/nov/files/products/caps/intervention-and-stimulation-equipment/cerberus/cerberus-for-coiled-tubing-flyer-russian.pdf), «ORION», путем перебора размеров направляющей и получения теоретического результата в любой из существующих программ. Данные программные продукты позволяют осуществлять точные расчеты по дохождению гибкой трубы до забоя скважины, рассчитывать дизайн трубы, учитывать применяемые компоновки низа колонны.
Пример выбора направляющей для средства доставки.
Необходимо выбрать параметры направляющей для компоновки скважины: лифт НКТ 89 до гл. 2580, система байпасирования с проходным диаметром 60 мм до глубины 2620 м. Средство доставки ГНКТ 38 мм с запасованным в нее геофизическим кабелем. В скважине нефть, в ГНКТ азот. С помощью программы «MEDCO» производится расчет сил, действующих на трубу, с учетом параметров инклинометрии скважины (глубины, углы, координаты осей, искривление - полный профиль) геометрии компоновки низа колонны, уровня и состава скважинного флюида. Коэффициент трения по всему стволу взят 0.3. Расчет баланса сил, действующих на трубу, проводится для условий: нагрузка на трубу ниже максимально допустимой, во избежание излома, силы трения ниже толкающего усилия, чтобы не было запирания и было дохождение до забоя. Подбором длины и диаметра выбраны параметры направляющей средства доставки: НКТ с проходным диаметром 62 мм до глубины 2935 м, далее хвостовик 114 до глубины 3755 м.
Также длина может быть выбрана исходя из требований захода направляющей 15 в хвостовик скважины. При заходе направляющей 15 в хвостовик скважины с горизонтальным окончанием воронка 16 может как герметично перекрывать внутренний диаметр, так и только центровать направляющую 15, оставляя пространство для прохода жидкости по внешнему контуру. Диаметр направляющей также выбирается с помощью указанных программ из данных расчета на прохождение средства доставки, но не более двойного диаметра средства доставки и/или доставляемого оборудования.
Верхняя резьба направляющей 15 соединяется с держателем 14, который свободным отверстием продет на стержень 12 хвостовика 11 и зафиксирован седлом 13. На верхнюю резьбу держателя набирается байпасная линия 7. Хвостовик 11 соединяется резьбовым или фланцевым соединением с основанием УЭЦН или ее блоком телеметрии. Байпасная линия 7 монтируется параллельно УЭЦН и соединяется с ней протектолайзерами 10 по всей длине системы байпасирования. Протектолайзеры 10 устанавливаются на шейки секций УЭЦН, фиксируют электрический кабель погружного электродвигателя и охватывают байпасную трубу 7, создавая направляющий желоб для ее продольного перемещения при монтаже.
Верхняя резьба байпасной линии 7 соединяется с у-переходником 3 системы байпасирования.
В других случаях выполнения: к верхней резьбе байпасной колонны устанавливается опорный элемент 6 (муфта или переводник), позволяющий надежно удержать при монтаже/демонтаже тяжелый подвес байпасной линии. Над УЭЦН располагается верхний узел 18 системы байпасирования в составе у-переходника 3, ниппеля 4, муфты телескопической 5, подвесного патрубка 17. Соединение байпасной линии 7 с верхним узлом 18 осуществляется разгрузкой системы байпасирования на опорный элемент 6 с последующим соединением его непосредственно с телескопической муфтой 5 или через трубы байпасной линии 7. Над у-переходником 3 устанавливается реперный патрубок 2 или система патрубков необходимой длины.
УЭЦН через муфту с шейкой 9 и подвесной патрубок 17 также соединяется с у-переходником 3.
Далее собранная система байпасирования соединяется с лифтом 1 НКТ, на котором спускается в скважину на требуемую глубину вплоть до захода в хвостовик при необходимости.
При эксплуатации в у-переходник 3 или ниппель 4 устанавливаются технологические герметизирующие элементы - глухие и каротажные пробки.
Герметизация байпасной линии позволяет проводить работы в скважине без извлечения УЭЦН, а также при ее работе, в частности, геофизические исследования горизонтальных скважин в режиме промысловой эксплуатации. При проведении каротажных работ средства доставки (ЖК, ГНКТ, скважинный трактор и др), ограниченные внутренним диаметром направляющей средства доставки существенно повышают расстояние прохода по горизонтальному участку ствола скважины, вплоть до ее забоя.
Таким образом, изобретение позволяет увеличить глубину прохождения средства доставки, минимизировать риски недохождения оборудования до требуемых областей в скважине, исключить риски, возникающие при движении средства доставки и оборудования эксплуатационной колонны выше хвостовика.