УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИНЫ
DEVICE FOR EXPLOITATION WELL

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважины с большим углом наклона эксплуатационной колонны.
Известна компоновка скважины, в которой применен скважинный фильтр, состоящий из перфорированной трубы, в которой фильтрующие отверстия выполнены трапецеидальными по форме или с усеченным конусом в насадках, закрепленных на наружной поверхности перфорированной трубы, причем нижнее основания фильтрующих отверстий насадок направлены внутрь трубы и совмещены с ее отверстиями, а высота насадок не выступает за габариты муфты фильтра (патент РФ №2096589, опубл. 1997.11.20).
Недостатком известного технического решения является уменьшение диаметра перфорированной трубы за счет наружных насадок и за счет этого снижение пропускной способности фильтра, ограничение по длине фильтра из-за закрепленных на наружной поверхности перфорированной трубы выступающих насадок, что увеличивает вероятность возникновения аварии на скважинах с большим углом наклона эксплуатационной колонны.
Известен клапан обратный, содержащий корпус с проходным каналом, в котором размещены клетка, седло и взаимодействующий с седлом запорный орган с направляющей, посадочной и хвостовой частью. Запорный орган выполнен в виде двух, соединенных между собой шаров. Нижний шар - перекрывающий клапан выполнен из упругого полимерного токонепроводящего материала для взаимодействия с соответствующей поверхностью седла. Седло выполнено внутри упругой полимерной токонепроводящей клетки с боковыми ребрами и каналами между ними для протока перекачиваемой среды. Верхний шар - балластный выполнен металлическим или полимерным и воздействует своим весом на перекрывающий шар для преодоления сопротивления вязкой жидкости при закрытии клапана. Балластный металлический шар выполнен с зазором относительно внутреннего диаметра упругой полимерной токонепроводящей клетки, (патент РФ №2317461, опубл. 2008.02.20).
Недостатками данного клапана являются сложность в изготовлении, ограничение в использовании на скважинах с большим углом наклона из-за подвисания запорного органа.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является скважинный штанговый насос, который состоит из насоса, соединенного с колонной насосно-компрессорных труб, клапана с системой поджатия к седлу, и фильтр (патент РФ №2173381, опубл. 2001.09.10 - прототип).
Известная компоновка не позволяет надежно эксплуатировать скважины с большим углом наклона из-за неравномерного заполнения жидкостью фильтра и хвостовика и влияния газа на работу насоса. Кроме того, конструкция подпружиненного клапана не обеспечивает надежную работу насоса при размещении в скважине с большим углом наклона.
В предложенном изобретении решается задача повышения надежности эксплуатации скважины с большим углом наклона.
Задача решается тем, что в устройстве для эксплуатации скважины, включающем колонну насосно-компрессорных труб, насос, клапан и фильтр, согласно изобретению, в качестве клапана использован запорный орган с нижним шаром и поджимающими верхними шарами, радиально расположенных по окружности, а в качестве фильтра применен фильтр в виде трубы, заглушенной сферической заглушкой с одной стороны, с отверстиями радиальной конической формы.
Сущность изобретения
Эксплуатация скважин глубинными штанговыми насосами является самым распространенным способом механизированной эксплуатации скважин. Определяющими параметрами при выборе типоразмера насоса являются глубина залегания продуктивного пласта, дебит и ожидаемый отбор жидкости из скважины при оптимально допустимом забойном давлении и установившемся технологическом режиме.
При этом компоновка глубиннонасосного оборудования является стандартной (снизу вверх): фильтр, изготовленный из патрубка длиной 70-100 см со стандартными радиальными отверстиями диаметром 8-10 мм, хвостовик из 1-2 насосно-компрессорной трубы (НКТ), цилиндр насоса (если вставного исполнения, только якорный башмак, а цилиндр с плунжером на штангах), колонна НКТ. Внутри колонны НКТ спускается плунжер насоса на штангах. Существующие типоразмеры насосов позволяют производить отбор жидкости при угле наклона эксплуатационной колонны скважины и спускаемых НКТ до 42 градусов. При угле наклона более 42 градусов происходит зависание и выпадение шарика из седла в клапанах насоса, в связи с чем возникают утечки жидкости в клапанных парах насоса и скважина не дает в полном объеме продукцию. При больших утечках жидкости через клапанные узлы насоса происходит "срыв подачи" и выход насоса из строя и скважина ожидает подземный ремонт. Применение подпружиненных шариков в клапанах далеко не всегда приводит к устранению утечек через клапан.
В предложенном изобретении решается задача надежной и эффективной эксплуатации насосов в скважинах с большими углами наклона на оптимальных режимах за счет исключения влияния газа из-за неравномерного поступления жидкости в хвостовик НКТ на работу насоса, поддержание постоянного динамического уровня в скважине, увеличение срока службы фильтра и межремонтного периода работы скважины (МРП), увеличение добычи жидкости (нефти).
Задача решается тем, что в компоновку глубиннонасосного оборудования с штанговым глубинным насосом вводят усовершенствованный фильтр, установленный на конце хвостовика НКТ и клапан с поджимаемым запорным органом, состоящим из нижнего шара и поджимающих верхних шаров, радиально расположенных по окружности.
Общий вид устройства для эксплуатации скважины представлен на фиг. 1.
На фиг. 1 в скважине 1 с горизонтальным стволом 2 размещена колонна НКТ 3 с глубинным насосом 4, колонной штанг 5, соединенными на поверхности со станком-качалкой 6. Снизу к насосу 4 присоединен хвостовик 7, на конце которого закреплен клапан с поджимаемым запорным органом 8 и фильтр 9.
Клапан с поджимаемым запорным органом 8 представлен на фиг. 2.
Клапан состоит из 2-х основных частей: верхней части корпуса клапана 10 и нижней части корпуса клапана 11, разделенных разделительным кольцом 12. К нижней части корпуса клапана 11 плотно прилегает седло клапана 13 с отверстием для жидкости и ограничительное седло клапана 14 с радиально расположенными коническими прорезями 15 для жидкости. С нижней части корпуса клапана 11 имеется метрическая внутренняя резьба под фильтр 9. В верхней части корпуса клапана 10 имеются проходные отверстия 16 для жидкости, расположенные радиально от ограничителя 17. Проходные отверстия 16 верхней части корпуса клапана 10 перекрываются тремя шарами 18, расположенными радиально по отношению к ограничителю 17, для ограничения движения шаров по окружности служит разделительное кольцо 12. Между трех шаров 18 и седлом клапана 13 имеется приемный шар 19, находящийся в ограничительном седле клапана 14 и открывающий проход для жидкости, поступающей из фильтра 9. Проходное сечение седла клапана 13 увеличено по сравнению с проходным сечением стандартного клапана более чем на 30%. Сверху верхней части корпуса клапана 10 имеется внутренняя метрическая резьба для соединения с хвостовиком 7 (фиг. 1).
В отличие от обычной клапанной пары (шарика с седлом), в данном клапане приемный шар 19 поджимается за счет собственного веса тремя шарами 18, расположенными радиально по окружности. Благодаря разделительному кольцу 12 и ограничителю 17 клапан с поджимаемым запорным органом может работать при значительных больших наклонах, чем шариковые стандартные клапаны (шарик - седло). В поджимаемом клапане контактные нагрузки на уплотнительной поверхности снижены почти в 2 раза по сравнению с нагрузками в шариковом клапане того же размера и разгрузка основной уплотнительной поверхности осуществлена за счет дополнительной опорной поверхности.
Фильтр 9 представлен на фиг. 3.
Фильтр 9 изготовлен из НКТ 20 длиной 8-10 м, заглушенной сферической заглушкой 21 с одной стороны и с другой стороны нарезанной наружной резьбой 22 под нижнюю часть корпуса клапана 11. Отверстия 23 для прохода скважинной жидкости выполнены радиальной конической формы, обращены меньшим диаметром конуса внутрь фильтра, имеют наружный диаметр 80-100 мм и внутренний диаметр 40-60 мм при толщине стенки 5,5 - 9,0 мм. Возможно поочередное чередование отверстий 23, обращенных меньшим и большим диаметром внутрь фильтра.
За счет увеличения размера входных отверстий 23 снаружи фильтра 9 и уменьшения размера входных отверстий 23 внутри фильтра предотвращается попадание окалины с НКТ и механических примесей, при этом увеличивается пропускная способность данного фильтра по сравнению с фильтром с обычными отверстиями. Тем, самым разница в диаметре входного и выходного размера отверстий создает перепад давления снаружи и внутри фильтра, что создает эффект "штуцирования" и дополнительную защиту от попадания внутрь фильтра абразива и механических примесей.
Устройство работает следующим образом.
При движении плунжера (не показан) насоса 4 вверх за счет создания вакуума в приемной части насоса открывается клапан с поджимаемым запорным органом 8, находящийся в хвостовике 7 насоса 4. Скважинная жидкость поступает через радиальные отверстия 23 фильтра 9 в проходное отверстие седло клапана 13, радиально расположенные конические прорези 15 ограничительного седла клапана 14 нижней части корпуса клапана 11, в верхнюю часть корпуса клапана 10. При этом шары 18 движутся по окружности и открывают проходные отверстия 16 для движения жидкости в хвостовик 7 НКТ 3 и далее к насосу 4.
При движении плунжера вниз (не показан) насоса 4 за счет давления столба жидкости и собственного веса шары 17 движутся по окружности, закрывая проходные отверстия 16, тем самым создавая дополнительное усилие и поджимая приемный шар 18, который плотно садится в седло клапана 13. Ограничительное седло клапана 14 дополнительно поддерживает и ограничивает приемный шар 19 при поджатии.
За счет применения разделительного кольца 12 с ограничителем 17, шары 18, двигаются строго по радиальной окружности, поджимая приемный шар 19 и открывая (закрывая) проходные отверстия 16 в зависимости от движения плунжера, тем самым работа клапанной пары (шарика 19 и седла 13) не зависит от угла наклона эксплуатационной колонны скважины (кривизны скважины) и позволяет его использовать при угле наклона свыше 42 градусов и в открытом стволе на "горизонтальных" скважинах с углом наклона 90 градусов. Это позволяет поддерживать уровень жидкости в хвостовике и исключить образование "газовой шапки".
Использование предложенного устройства позволит:
- производить отбор жидкости из скважин с большим углом наклона при оптимально допустимом забойном давлении и установившемся технологическом режиме;
- предотвратить образование "газовой шапки" и влияние газа на работу насоса;
- поддерживать постоянный динамический уровень в скважине;
- производить отбор жидкости в полном объеме;
- исключить "срыв" подачи насосом;
- увеличить срок службы фильтра за счет конструктивных особенностей и увеличить межремонтный период скважины;
- сократить затраты на проведение подземных ремонтов;
- увеличить добычу жидкости (нефти).