Установка для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины
INSTALLATION FOR SAMPLING GAS FROM THE ANNULUS OF AN OIL WELL

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для стравливания попутно-добываемого газа в линию насосно-компрессорных труб добывающей скважины, эксплуатируемой механизированным способом.
Известен способ снижения затрубного давления механизированных скважин и устройство для его осуществления (патент №2698785, МПК E21B 43/12, F04F 5/54 опубл. 29.08.2019, бюл. №25), включающий откачку продукций высоконапорной и низконапорной скважин из пластов, сепарацию свободного газа низконапорной скважины от жидкости, последующее поступление свободного газа в затрубное пространство низконапорной скважины, последующее поступление высоконапорного потока в сопло устьевого газоструйного аппарата, эжектирование газоструйным аппаратом низконапорного потока газа из затрубного давления низконапорной скважины, при этом снижая значение затрубного давления низконапорной скважины, последующее восстановление давления смешанного потока до значения линейного давления общего нефтегазосборного коллектора, отличающийся тем, что осуществляется совместная обвязка высоконапорной газовой или нефтяной скважины с высоким газовым фактором, вскрывающей пласт с высоким потенциалом, и низконапорной нефтяной скважины с высоким газовым фактором, вскрывающей пласт с низким потенциалом, через устьевой газоструйный аппарат.
Недостатком данного способа является сложность процесса, необходимость совместной обвязки высоконапорной газовой или нефтяной скважины с высоким газовым фактором, вскрывающей пласт с высоким потенциалом, и низконапорной нефтяной скважины с высоким газовым фактором, вскрывающей пласт с низким потенциалом. необходимость применение эжекторной установки. Эжектор работает только в строгом узком диапазоне подачи газа, часто будет уходить в срыв, что приведет к застою скважины.
Известно устройство для откачки газа из затрубного пространства скважин (патент №184051, МПК E21B 43/12, E21B 33/03, опубл. 12.10.2018, бюл. №29), включающее запорную арматуру скважины с выкидной линией, на которой установлен струйный аппарат с возможностью использования в качестве рабочего потока жидкости, поднимаемой насосами скважин, приемная камера которого соединена с затрубным пространством скважины отдельной линией подвода газа, на которой установлен обратный клапан через тройник, отличающееся тем, что в скважинах с большим газовым фактором, оборудованных электроцентробежными, электровинтовыми и электродиафрагменными насосами параллельно струйному аппарату врезана байпасная линия с дополнительными задвижками для отсечения струйного аппарата и открытия протока скважинной жидкости на время подбора и смены сопла струйного аппарата, а выход струйного аппарата перед линейной задвижкой соединен с линией отбора скважинной продукции, при этом упомянутые линии оснащены манометрами для контроля давления, выполненными с возможностью передачи данных на автоматизированную станцию управления.
Недостатком является, узкое применение устройства, возможность применения только с электроприводными центробежными насосами, при этом эжектор в устройстве работает в строгом узком диапазоне подачи газа, что приведет к частому срыву подачи насоса.
Известен способ стравливания попутно-добываемого газа (патент №2672364, МПК E21B 43/12, E21B 43/38, опубл. 14.11.2018, бюл. №32), реализуемый с помощью установки разделения сред, содержащий пакер, проводящий канал, перфорированный патрубок, спускаемый на глубинно-насосном оборудовании, внутренний лифт входного устройства, переводник от внутреннего лифта к хвостовику, хвостовик и насосно-компрессорных труб, спускаемый ниже интервала перфорации на 20-60 м в зависимости от имеющегося зумпфа в скважине, пластовая жидкость ниже интервала перфорации сообщается с затрубным пространством скважины и обеспечивает проведение гидродинамических исследований.
Недостатком данного способа является, работоспособность устройства только в скважинах с наличием достаточного количества зумпфа, свободной воды в стволе. Возможность монтажа устройства только при подземном ремонте скважин. Отсутствует возможность безподходной обработки призабойной зоны пласта или промывки скважины без подъема глубинно насосного оборудования, что снижает коэффициент полезного действия устройства.
Наиболее близким является установка для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины (патент RU № 2748267, МПК Е21В 43/12, Е21 В 43/00, опубл. 21.05.2021 Бюл. № 15), включающая рабочую емкость с датчиками уровня, подводящей газовой линией, сообщенной с затрубным пространством скважины, и отводящей газовой линией, соединенной с выкидным коллектором скважины, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно на подводящей и отводящей газовых линиях, насос для перекачки рабочей жидкости, соединенный приемной стороной с питательной емкостью, линии входа и выхода жидкости, сообщенные с нижней частью рабочей емкости, причем линия входа соединена с напорной стороной насоса, а линия выхода – с питательной емкостью через переключатель потока жидкости, функционально связанный с блоком управления, получающим сигналы с датчиков уровня жидкости, при этом датчики уровня изготовлены в виде герконов, расположенных внутри вставленной в рабочую емкость герметичной трубки соответственно на уровне максимального и минимального уровня рабочей жидкости, снаружи которой установлен с возможностью продольного перемещения поплавок с магнитом, насос оснащен блоком пуска и выключения, функционально связанным с блоком управления, а переключатель потока изготовлен в виде управляемой задвижки, выполненной с возможностью синхронного закрытия с пуском насоса или открытия с остановкой насоса, при этом рабочая емкость установлена выше питательной емкости настолько, чтобы при максимальном перепаде уровней между ними в затрубье скважины не создавалось критически низкого давления после открытия переключателя потока.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции. Отсутствует возможность безподходной обработки призабойной зоны пласта или промывки скважины без подъема глубинно насосного оборудования, что снижает коэффициент полезного действия устройства.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание конструкции простой и надежной установки для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины, расширение функциональных возможностей за счет гравитационного принципа вытравления газа жидкостью.
Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик благодаря конструктивному выполнению установки для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины, обеспечивающему откачку и стравливание газа в различных условиях добычи углеводородной жидкости, уменьшении срывов подачи насоса, исключение стравливания газа в атмосферу.
Техническая задача решается установкой для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины, включающей рабочую емкость с поплавком оснащенным с возможностью взаимодействия с датчиками максимального и минимального уровня, подводящей газовой линией, сообщенной с затрубным пространством скважины, и отводящей газовой линией, соединенной с выкидным коллектором скважины, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно на подводящей и отводящей газовых линиях, устройство для перекачки рабочей жидкости, линия входа жидкости которой соединена с напорной стороной, а линия выхода – с питательной емкостью через переключатель потока жидкости, функционально связанный с блоком управления, получающим сигналы с датчиков уровня жидкости.
Новым является то, что в качестве питательной емкости, сообщенной с линией выхода, использовано затрубье скважины, линия выходы оснащена регулируемым блоком управления сливным клапаном, а всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно на подводящей и отводящей газовых линиях, изготовлены регулируемыми блоком управления для открытия всасывающего клапана и сливного клапана и закрытия нагнетательного клапан и переключателя потока при сливе жидкости и заполнении рабочей емкости, а также закрытия всасывающего клапана и сливного клапана и открытия нагнетательного клапан и переключателя потока при заполнении жидкостью рабочей емкости и выдавливании из нее газа по отводящей газовой линии в выкидной коллектор, при этом в качестве линии входа жидкости применена байпасная линия, соединённая с выкидным коллектором регулятором потока для отбора части перекачиваемой жидкости в рабочую ёмкость через байпасную линию и переключатель потока, а к качестве устройства для перекачки рабочей жидкости погружной насос, откачивающий пластовую жидкость из скважины и  сообщенный с выкидным коллектором.
Также новым является то, что регулируемый блок управления клапаном выполнен в виде кулачкового механизма, состоящего из регулировочного диска с направляющими щелями, кулачков и соединенного по оси с поплавком, обеспечивающим регулировку поплавка при снижении или повышении давления в затрубном пространстве.
На фиг. 1 Общий вид установки для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины.
На фиг. 2 вид сверху в продольном разрезе
На фиг. 3 вид с торца
Установка для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины включает в себя рабочую емкость 1 с поплавком 2 оснащенным с возможностью взаимодействия с датчиками максимального 3 и минимального 4 уровня, например микропереключатели, переключатели и т.д., подводящей газовой линией 5, сообщенной с затрубным пространством скважины (не показаны), и отводящей газовой линией 6, соединенной с выкидным коллектором скважины (не показан), всасывающий 7 и нагнетательный 8 клапаны, установленные соответственно на подводящей 5 и отводящей 6 газовых линиях, устройство для перекачки рабочей жидкости (не показано), линия входа жидкости 9, которая соединена с напорной стороной 10, а линия выхода 11 – с питательной емкостью через переключатель 12 потока жидкости, функционально связанный с блоком управления 13, получающим сигналы с датчиков уровня жидкости 3 и 4, где блок управления 13 может быть выполнен, например, в качестве кулачкового механизма состоящий из диска 14 с направляющими щелями 15 и кулачками 16, так же может быть выполнен и в виде электронного блока (не показан). В качестве питательной емкости, сообщенной с линией выхода 11, использовано затрубье скважины (не показан), линия выхода 11 оснащена регулируемым блоком управления 13 сливным клапаном 17 (внести в схему), а всасывающий 5 и нагнетательный 6 клапаны, установленные соответственно на подводящей 7 и отводящей 8 газовых линиях, изготовлены регулируемыми блоком управления 13 для открытия всасывающего 5 клапана и сливного 17 клапана и закрытия нагнетательного 6 клапан и переключателя потока 12 при сливе жидкости и заполнении рабочей емкости 1, а также закрытия всасывающего клапана 5 и сливного 17 клапана и открытия нагнетательного 6 клапан и переключателя потока при заполнении жидкостью рабочей емкости 1 и выдавливании из нее газа по отводящей газовой линии 4 в выкидной коллектор (не показан), при этом в качестве линии входа жидкости применена байпасная линия 18 соединённая с выкидным коллектором распределителем потока (жиклером, управляемой задвижкой и/или т.п. – не показано) для отбора части перекачиваемой жидкости в рабочую ёмкость 1 через байпасную линию 18 и переключатель потока 12, а в качестве устройства для перекачки рабочей жидкости погружной насос(не показан), откачивающий пластовую жидкость из скважины и  сообщенный с выкидным коллектором.
Конструктивные элементы, уплотнения и технологические соединения, не влияющие на работоспособность установки, на чертежах (фиг. 1 – 3) не показаны или показаны условно.
Установка для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины работает следующим образом.
Перед пуском установку собирают на устье скважины. Для этого подводящую газовую линию 5 рабочей емкости 1 с всасывающим клапаном 7 соединяют через устьевую арматуру (не показан) с затрубным пространством скважины, а отводящую газовую линию 6 с нагнетательным клапаном 8 – с выкидным коллектором скважины. Выход насоса (не показан) соединяют через байпасную линию 18 с линией входа жидкости 9 рабочей емкости 1, а выход 11 с питательной емкостью через переключатель 12 потока жидкости, функционально связанный с блоком управления 13. В качестве питательной емкости используют затрубье скважины (не показан). Блок насоса (не показан), переключатель потока жидкости 12 и датчики максимального 3 и минимального 4 уровня управляющими кабелями соединяют с блоком управления (не показан). Установка готова к эксплуатации.
После чего включают блок управления (не показан), который запускает в работу при помощи блока насос (не показан), который по линии входа жидкости 9 нагнетает рабочую жидкость из питательной емкости (скважины) через байпасную линию 18 с распределителем потока (не указан позицией) в рабочую емкость 1. В результате уровень рабочей жидкости в рабочей емкости 1 вместе с поплавком 2, повышается в рабочей емкости 1 принимая верхнее положение, а газ сверху рабочей емкости 1 вытесняется через открытый нагнетательный клапан 8 по отводящей газовой линии в выкидной коллектор скважины и далее в сборный трубопровод (не показан). При достижении под действием рабочей жидкости поплавком 2 верхнего датчика уровня направляет сигнал на блок правления 13. Блок управления 13 открывает всасывающий клапан 7 и клапан линии выхода 11, а нагнетательный клапан 8 и линию входа 9 переключатель потока 12 - закрывает. При этом газ из затрубного пространства поступает в рабочую емкость 1 выдавливая рабочую жидкость из рабочей емкости 1 за счет гравитационных сил в затрубье скважины, поплавок занимает в емкости нижнее положение. При этом по сигналу с блока управления 13 всасывающий клапан 7 и клапан линии выхода 11 закрываются и открываются нагнетательный клапан 8 и переключателем потока 12 линии входа жидкости 9.
Скорость снижения уровня рабочей жидкости в рабочей емкости 1 зависит от количества выделяющегося газа и не является постоянной величиной, что позволяет автоматически менять скорость отбора в зависимости от состояния продукции пласта и наличия газа в ней без перестройки работы всего устройства.
Циклы закачки рабочей жидкости в рабочую емкость 1 и ее слив из нее повторяется, обеспечиваю перекачку газа из затрубного пространства скважины в выкидной коллектор. Циклический отбор газа из скважины.
При низком количестве скважинной жидкости, давление в емкости для проведения операции по снижению газа в затрубном пространстве не достаточна, при этом настройка поплавочного механизма, например, осуществляется посредством кулачкового механизма, который состоит из диска 14 с направляющими щелями 15 и кулачками 16. Рычаги 19 с тягами заслонок свободно монтируются на ось 20 и открытие – закрытие заслонок происходит от перемещения дисков 14 с кулачками 16.
Предлагаемое устройство универсально, не ограничивает в применения от вида скважинного насоса, исключает выброс газа в атмосферу, снижает аварийные ситуации, снижая срывы работы насоса. Увеличивает эффективность работы скважинного насоса, за счет снижения давления затрубного пространства скважины.