УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Полезная модель относится к области добычи нефти, в частности, к устройствам и установкам для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При разработке скважин по технологии одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) традиционным является применение установок, содержащих пакер, штанговый насос с дополнительным всасывающим клапаном, размещенным на боковом отверстии стенки цилиндра и хвостовик. Такие устройства ОРЭ обеспечивают одновременно-раздельную эксплуатацию двух объектов добычи в одной скважине с оптимальными для них параметрами.
В уровне техники, например, известен глубинный дифференциальный штанговый насос для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов (см. RU 70321, МПК F04B 47/00, опубл. 20.01.2008), состоящий из двух насосов, соединенных последовательно, а именно: верхнего и нижнего, имеющих разные диаметры цилиндров и плунжеров и конструкции нагнетательных и всасывающих клапанов. Нижний насос меньшего диаметра, его цилиндр и плунжер снабжены двумя клапанами: всасывающим - обычного типа, используемых в насосах типового ряда, укрепленным концентрично на приеме насоса, и нагнетательным - конического типа и механически управляемым. Верхний насос имеет на плунжере нагнетательный клапан обычного типа, и всасывающий, укрепленный на боковой поверхности цилиндра.
Недостатками известных решений уровня техники являются:
- необходимость замены штангового насоса с дополнительным всасывающим клапаном при изменении пропорции дебитов объектов добычи, т.к. местом расположения дополнительного бокового всасывающего клапана выбирается точка, делящая цилиндр насоса по длине, пропорционально дебитам объектов добычи;
- сложность в установке и обеспечении герметичности дополнительного бокового всасывающего клапана при размещении его на боковом отверстии стенки цилиндра насоса;
- наличие отверстия на цилиндре насоса ограничивает область повторного его использования;
- жидкость из двух объектов добычи, разделенных пакером при подъеме на поверхность смешивается, что не дает возможности определить свойства (обводненность, наличие механических примесей) извлекаемых жидкостей, дебит добываемой жидкости для каждого пласта;
- осложнение сбора и дальнейшей транспортировки при добыче жидкости с различных горизонтов в виду образования эмульсии и парафиноотложений в нефтепроводах, в условиях, когда одновременная подача ингибиторов коррозии и деэмульгаторов в один нефтепровод для жидкостей различных горизонтов не всегда является эффективным из-за несовместимости подаваемых реагентов.
Для преодоления обозначенных трудностей применение находят устройства ОРЭ скважин, которые обеспечивают раздельный подъем скважинной жидкости. Например, известна насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (см. RU 2291952, МПК Е21В 43/14, опубл. 20.01.2007), содержащая колонну лифтовых труб, колонну штанг, пакер, хвостовик и дифференциальный насос с полым плунжером, при этом всасывающий и нагнетательный клапаны верхней секции дифференциального насоса установлены сбоку.
Не смотря на то, что известная установка преодолевает некоторые из обозначенных выше трудностей, она обладает достаточно сложной конструкцией в виду наличия обводного канала, а кроме того меньшей надежностью и эффективностью работы установки из-за того, что нагнетательный клапан размещен в непосредственной близости от всасывающего клапана, что может привести к перетокам добываемой жидкости в обратном направлении в виду неполного закрытия клапанов и/или во время закрытия клапанов.
Другим известным решением, выбранным в качестве наиболее близкого аналога к заявляемой полезной модели, является насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (см. RU 97436, МПК Е21В 43/14, опубл. 10.09.2010), состоящая из верхнего и нижнего штанговых насосов, плунжеры которых соединены полым штоком. Нижний насос поднимает на поверхность продукцию нижнего пласта через полый шток и внутренние полости плунжеров насосов по колонне полых штанг, верхний - продукцию верхнего пласта по колонне лифтовых труб.
Недостатком указанного известного решения является сложность конструкции за счет того, что верхний насос выполнен кольцевым, снабжен каналом и узлом герметизации полого штока, установленным над верхним насосом и разобщающим полости верхнего насоса и лифтовых труб, причем выкид верхнего насоса через его нагнетательный клапан сообщен каналом с полостью лифтовых труб, что может снизить надежность работы установки и эффективность добычи нефти.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Настоящая полезная модель направлена на преодоление проблем уровня техники. В частности, техническая проблема, решаемая созданием настоящей полезной модели, состоит в разработке более простой и надежной конструкции устройства ОРЭ двух пластов в скважине при обеспечении по-прежнему раздельного подъема скважинной жидкости на поверхность.
Для решения поставленной проблемы предложено устройство для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине, содержащее последовательно соединенные: верхний насос, соединительную трубу, нижний насос, а также
пакер, жестко закрепленный на соединительной трубе, и выполненный с возможностью разобщения двух пластов, и
полый шток, продолжающийся через верхний насос, соединительную трубу и нижний насос, выполненный с возможностью соединения на своем верхнем конце с колонной полых штанг,
при этом цилиндр верхнего насоса выполнен большего диаметра, чем цилиндр нижнего насоса, а плунжеры обоих насосов выполнены полыми и расположены соосно, причем
плунжер верхнего насоса выполнен с возможностью перемещения на полом штоке, причем на полом штоке предусмотрена упорная шайба для ограничения хода плунжера верхнего насоса, установленная выше плунжера верхнего насоса,
всасывающий клапан верхнего насоса расположен в боковом патрубке соединительной трубы выше пакера, нагнетательный клапан верхнего насоса расположен на впуске плунжера верхнего насоса и выполнен механически управляемым,
плунжер нижнего насоса жестко закреплен на полом штоке, и
всасывающий клапан нижнего насоса расположен на впуске в цилиндр нижнего насоса, а нагнетательный клапан нижнего насоса расположен на впуске плунжера нижнего насоса.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором дополнительно установлен фильтр на приеме нижнего насоса.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором упорная шайба выполнена с каналами для протекания скважинной жидкости.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором впуск плунжера верхнего насоса выполнен с возможностью использования в качестве седла нагнетательного клапана верхнего насоса, а затвор нагнетательного клапана верхнего насоса жестко закреплен на полом штоке.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором длина бокового патрубка соединительной трубы выбрана так, чтобы всасывающий клапан верхнего насоса был расположен по существу на уровне кровли верхнего пласта.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором длина соединительной трубы выбрана так, чтобы всасывающий клапан нижнего насоса был расположен по существу на уровне кровли нижнего пласта.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором соединительная труба собрана из нескольких трубных частей.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором нагнетательный клапан верхнего насоса выполнен управляемым возвратно-поступательным движением полых штанг.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, состоит в повышении надежности и долговечности работы устройства за счет упрощения конструкции верхнего насоса благодаря отсутствию какого-либо обводного канала и наличию внутреннего нагнетательного клапана, управляемому возвратно-поступательным движением полых штанг, а также отсутствию необходимости герметизировать полый шток при прохождении через верхний насос, т.к. он выполнен более длинным в сравнении с прототипом и проходит через верхний насос насквозь, а полый плунжер верхнего насоса используется для непосредственного сообщения по текучей среде подплунжерного и надплунжерного пространства. При этом предложенное устройство обеспечивает возможность раздельного подъема добываемой жидкости из скважины для последующего раздельного сбора, учета и транспортировки, как того и требуют регламентирующие добычу полезных ископаемых документы.
В последующем описании показаны и более подробно описаны варианты осуществления предложенной полезной модели. Следует понимать, что полезная модель допускает другие варианты осуществления, и некоторые их детали допускают модификацию в различных очевидных аспектах без отступления от полезной модели, как изложено и описано в последующей формуле полезной модели. Соответственно, чертежи и описание, по характеру, должны рассматриваться в качестве иллюстративных, а не в качестве ограничительных.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Заявленное устройство проиллюстрировано на фигурах прилагаемых чертежей, на которых:
на фиг. 1 показано в целом устройство по настоящей полезной модели, установленное в скважине;
на фиг. 2 показан более подробно верхний насос устройства по фиг. 1;
на фиг. 3 показан более подробно нижний насос устройства по фиг. 1.
Фигуры выполнены в приблизительном масштабе, некоторые элементы могут быть показаны более крупно для ясности, некоторые элементы могут быть показаны более мелко для упрощения. Следует понимать, что вариант осуществления заявленной полезной модели, проиллюстрированный на фигурах, не является ограничивающим объем прилагаемой формулы полезной модели.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, и специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления полезной модели, не выходящие за пределы сущности и объема данной полезной модели.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Способы, раскрытые в настоящем описании, содержат один или несколько этапов или действий для осуществления описанного способа.
Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы сущности полезной модели. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы сущности полезной модели.
На фиг. 1 показано в целом устройство 1 ОРЭ по настоящей полезной модели, установленное в скважине 2, которая работает по технологии ОРЭ двух пластов: верхнего пласта 3 и нижнего пласта 4.
На фиг.2 показан более подробно верхний насос 10 устройства 1 ОРЭ, а на фиг.З показан более подробно нижний насос 30 устройства 1 ОРЭ.
Продолжая, в целом по фиг. 1-3 предложено устройство 1 для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов 3, 4 в скважине 2, содержащее последовательно соединенные верхний насос 10, соединительную трубу 20, нижний насос 30, а также пакер 22, жестко закрепленный на соединительной трубе 20 и выполненный с возможностью разобщения двух пластов 3, 4, и полый шток 25, продолжающийся через верхний насос 10, соединительную трубу 20 и нижний насос 30, выполненный с возможностью соединения на своем верхнем конце с колонной полых штанг, при этом цилиндр 11 верхнего насоса 10 выполнен большего диаметра, чем цилиндр 31 нижнего насоса 30, а плунжеры обоих насосов выполнены полыми и расположены соосно, причем плунжер 12 верхнего насоса 10 выполнен с возможностью перемещения на полом штоке 25, причем на полом штоке 25 предусмотрена упорная шайба 15 для ограничения хода плунжера 12 верхнего насоса 10, установленная выше плунжера 12 верхнего насоса 10, всасывающий клапан 13 верхнего насоса 10 расположен в боковом патрубке 18 соедийительной трубы 20 выше пакера 22, нагнетательный клапан 14 верхнего насоса 10 расположен на впуске плунжера 12 верхнего насоса 10 и выполнен механически управляемым возвратно-поступательным движением полых штанг, плунжер 32 нижнего насоса 30 жестко закреплен на полом штоке 25, и всасывающий клапан 33 нижнего насоса 30 расположен на впуске в цилиндр 33 нижнего насоса 30, а нагнетательный клапан 34 нижнего насоса 30 расположен на впуске плунжера 32 нижнего насоса 30.
Дебит нижнего пласта 4 определяется производительностью нижнего насоса 30 и режимом работы станка-качалки, тогда как дебит верхнего пласта 3 определяется производительностью верхнего насоса 10, с учетом объема штока 25 нижнего насоса 30, находящегося в подплунжерном пространстве верхнего насоса 10 и режимом работы станка-качалки. Верхний и нижний насос относятся к типу штанговых насосов, образуя вместе дифференциальный штанговый насос.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления устройства 1 ОРЭ может быть дополнительно установлен фильтр 35 на приеме нижнего насоса 30. Благодаря наличию фильтра 35 работа всего устройства 1 ОРЭ является еще более надежной за счет исключения попадания механических и других вредных примесей на впуск нижнего насоса 30.
В одном из дополнительных предпочтительных вариантов осуществления устройства 1 ОРЭ упорная шайба 15 может быть выполнена с каналами для протекания скважинной жидкости, что будет способствовать лучшему (т.е. в большем объеме) протеканию добываемой жидкости из полого плунжера 12 верхнего насоса 10 в надплунжерное пространство верхнего насоса 10 и далее в колонну труб, и позволит увеличить эффективность работы предложенного устройства, надежность работы при этом также может быть увеличена, т.к. за счет наличия каналов для протекания скважинная жидкость будет протекать более равномерно, и конструкция верхнего насоса будет подвергаться меньшему воздействию гидравлических импульсов протекающей скважинной жидкости.
В предпочтительном варианте осуществления устройства 1 ОРЭ впуск плунжера 12 верхнего насоса 10 выполнен с возможностью использования в качестве седла 16 нагнетательного клапана 14 верхнего насоса 10, а затвор 17 нагнетательного клапана 14 верхнего насоса 10 жестко закреплен на полом штоке 25. Следует понимать, что для изготовления и придания седлу 16 и затвору 17 необходимых форм и размеров могут быть использованы стандартные в данной области техники материалы и методы.
Цилиндры (корпуса) насосов, плунжеры насосов, как правило, изготавливаются цельнометаллическими из твердых металлов, например, методом прокатки стали. Заготовки могут быть подвергнуты дополнительной термической, антикоррозионной и другим видам обработки в зависимости от требований, предъявляемых к изделиям, эксплуатируемым при добыче нефти.
В предпочтительном варианте осуществления устройства 1 ОРЭ длина бокового патрубка 18 соединительной трубы 20 выбрана так, чтобы всасывающий клапан 13 верхнего насоса 10 был расположен по существу на уровне кровли верхнего пласта 3. При этом обеспечивается наибольшая эффективность работы верхнего насоса 10.
В предпочтительном варианте осуществления устройства 1 ОРЭ длина соединительной трубы 20 выбрана так, чтобы всасывающий клапан 33 нижнего насоса 30 был расположен по существу на уровне кровли нижнего пласта 4. При этом обеспечивается наибольшая эффективность работы нижнего насоса 10.
Следует понимать, что при такой длине соединительной трубы 20, как описано выше, фильтр 35, установленный на приеме нижнего насоса 30, будет расположен по существу на уровне нижнего пласта 4 (напротив перфорационных отверстий), что будет дополнительно способствовать эффективности его работы, а, следовательно, повышению надежности и всего устройства 1 ОРЭ.
В предпочтительном варианте осуществления устройства 1 ОРЭ соединительная труба 20 собрана из нескольких трубных частей, это позволяет более точно подобрать длину соединительной трубы 20 при сборке устройства и подготовке его к спуску в скважину в зависимости от конкретных параметров скважины, в частности, глубины залегания разрабатываемых пластов.
Предложенное устройство 1 ОРЭ работает следующим способом. Перед его спуском в скважину, устройство собирают посредством последовательного соединения снизу вверх: нижнего насоса 30, соединительной трубы 20 и верхнего насоса 10. Длину соединительной трубы выбирают в зависимости от глубины залегания каждого из пластов 3,4 на конкретной скважине 2. Соединительная труба может быть собрана из стандартных трубных частей имеющих фиксированную длину, например, 1 м, 3 м, 5 м или более. Для монтажа составных частей устройства, в частности, соединительной трубы, используются стандартные средства в данной области техники, как например, муфты, переводники и т.д. для обеспечения надежного и жесткого соединения частей устройства.
После сборки устройства 1 на соединительной трубе 20 устанавливают и жестко фиксируют пакер 22. Устройство 1 на колонне насосных труб (НКТ) опускают в скважину 2, колонну полых штанг соединяют с полым штоком 25 и сажают пакер 22 на необходимой глубине для разобщения по текучей среде пластов 3 и 4.
В случае необходимости при добыче продукции из нижнего пласта, осложненного пескопроявлениями или наличием большого количества механических примесей, перед спуском устройства 1 в скважину 2 на приеме нижнего насоса 30 устанавливают фильтр 35.
После расположения устройства в скважине начинают ее эксплуатацию. Устройство 1 работает в следующих режимах.
При ходе полых плунжеров 12, 32 насосов 10, 30 вниз, всасывающие клапаны 13 и 33 закрываются под действием давления столба жидкости в НКТ и в колонне полых штанг, соответственно, а нагнетательные клапаны 14, 34 открываются, в результате чего жидкость, находящаяся в подплунжерных пространствах перетекает в надплунжерные пространства.
При ходе полых плунжеров 12, 32 насосов 10, 30 вверх нагнетательные клапаны 14, 34 нижнего и верхнего насосов 10, 30 закрываются. Нагнетательный клапан 34 нижнего насоса 30 закрывается за счет давления столба жидкости в колонне полых штанг, а нагнетательный клапан 14 верхнего насоса 10 - за счет движения вверх полого штока 25, соединенного с колонной полых штанг. В результате в подплунжерных пространствах создается разряжение и добываемая жидкость через открытые всасывающие клапаны 13, 33 поступает в насосы 10, 30.
Таким образом, добываемая жидкость нижнего пласта 4 поднимается внутри колонны полых штанг (на фигурах не показана) и не смешивается с добываемой жидкостью верхнего пласта 2, которая поднимается по внутритрубному пространству НКТ (на фигурах не показано)
Использование предложенного устройства одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в одной скважине обеспечивает возможность производить отбор и подачу добываемой жидкости потребителю с различных пластов раздельно. Это позволяет контролировать параметры добываемых жидкостей с пластов, определять дебит каждого пласта, предотвращать образование эмульсии и парафиноотложений в нефтепроводах и производить профилактические подачи ингибиторов коррозии и деэмульгаторов в нефтепроводы раздельно для каждой добываемой жидкости.
При этом предложенное устройство характеризуется повышенной надежностью и долговечностью работы за счет упрощения конструкции верхнего насоса благодаря отсутствию какого-либо обводного канала, т.е. отсутствию необходимости изготавливать изделие из сложных по форме и трудных в проектировании составных частей, а также благодаря наличию внутреннего нагнетательного клапана, управляемому возвратно-поступательным движением полых штанг, и кроме того благодаря отсутствию необходимости герметизировать полый шток при прохождении через верхний насос, т.к. он выполнен более длинным в сравнении с прототипом и проходит через верхний насос насквозь, а полый плунжер верхнего насоса используется для непосредственного сообщения по текучей среде подплунжерного и надплунжерного пространства. При этом предложенное устройство обеспечивает возможность раздельного подъема добываемой жидкости из скважины для последующего раздельного сбора, учета и транспортировки, как того и требуют регламентирующие добычу полезных ископаемых документы.
В приведенном выше описании примеров, термины направления (такие как «над», «верх», «ниже», «низ», «верхний», «нижний» и т.д.) используются для удобства ссылки на прилагаемые чертежи. В общем, «над», «верхний» «вверх» и аналогичные термины связаны с направлением к земной поверхности относительно скважины, и «ниже», «нижний», «вниз» и аналогичные термины связаны с направлением от земной поверхности относительно скважины.
Для целей настоящего описания, термин «соединенный» (во всех своих формах, соединять, соединяющий, соединенный, и т.д.) в целом означает сочленение двух компонентов (электрических или механических) друг с другом непосредственно или опосредованно. Такое сочленение может быть неподвижным по сути или подвижным по сути. Такое сочленение может достигаться двумя компонентами (электрическими или механическими) и любыми дополнительными промежуточными элементами, выполненными за одно целое в виде одного единого тела друг с другом или двумя компонентами. Такое сочленение может быть постоянным по сути или может быть съемным или разъемным по сути, если не обусловлено иное.
Для целей настоящего описания, термины вида «по существу», «примерно» или «приблизительно», а также их производные, подразумевают незначительные отклонения от указанного цифрового диапазона, указанного местоположения или указанного положения во времени и пространстве, например, стандартные отклонения, которые можно наблюдать при измерении нескольких образцов согласно методу испытаний или относительные отклонения от абсолютных величин.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкую полезную модель, и что данная полезная модель не должна ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.