ДВУХЛИФТОВАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН

Полезная модель относиться к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к насосным установкам для одновременно-раздельной эксплуатации (далее ОРЭ) двух нефтяных пластов с использованием двух параллельных колонн лифтовых труб.
Известны двухлифтовые штанговые насосные установки для эксплуатации скважин методами ОРЭ, конструкция которых содержит в себе:
1. две параллельные колонны лифтовых труб, составленные из насосно-компрессорных труб (далее НКТ), в каждую из которых спущены штанговые насосы с колонной штанг для привода наосов;
2. один пакер для гидравлического разобщения пластов, укрепленной на наиболее длинной колонне лифтовых труб (то есть проведенной на нижний пласт);
3. специальной конструкции якорь для натяжения колонны лифтовых труб после спуска в скважину, используемый для облегчения спуска второй колонны штанг.
Одна из насосных установок эксплуатирует нижний пласт, другая верхний. Достоинство данной конструкции в том, что насосные установки позволяют перекачивать продукцию пластов скважины в несмешивающемся виде, а так же проводить при определенных условиях замену вставного типа насосов при подземном ремонте независимо друг от друга (в книге «Одновременная раздельная эксплуатация многопластовых нефтяных месторождений». М. Недра. 1974. стр.101-102).
Но у этой конструкции есть и серьезные недостатки. Во-первых, диаметры НКТ должны быть не более 50 мм для спуска их в эксплутационные колонны диаметра 168 мм, что ограничивает применение
вставных насосов размерного ряда более 32 мм, а не вставных - более 44 мм. Применение невставных насосов усложняет подземный ремонт, при отказе нижнего насоса со скважины извлекаются обе подвески. Во-вторых, для исключения осложнений при проведении спуско-подьемных операций во время подземного ремонта скважин края муфт НКТ должны быть предварительно сточены, то есть с них сняты фаски. В-третьих, использование в колонне НКТ стандартных 50-ти миллиметровых муфт делает невозможным спуск насосного оборудования в эксплутационные колонны диаметра менее 168 мм по схеме «два параллельных лифта». Стачивание муфт, диаметр которых составляет 73 мм, возможно, но оно небезопасно. В-четвертых, насосные установки на устье должны иметь два независимых привода, то есть, оборудованы двумя станками-качалками.
Известен так же дифференциальный насос конструкции авторов В.А.Сафина и др., приводимый в движение одной колонной штанг, но позволяющий забирать и перекачивать продукцию двух пластов независимо друг от друга. (Информация по данному насосу опубликована в книгах «Одновременная раздельная эксплуатация нефтяных пластов» (Татарское книжное издательство. Казань. 1967), и «Справочная книга по добыче нефти» под редакцией д-ра технических наук Ш.К.Гиматудинова (М. Недра. 1974). Данный насос состоит из двух последовательно соединенных насосов вставного или невставного типа и двух колонных пакеров. Пакера имеют разное назначение. Нижний - служит для гидравлического разобщения пластов или, точнее, приемного клапана нижнего насоса, забирающего продукцию нижнего пласта, от верхнего. Верхний - для гидравлического разобщения приемного и нагнетательного клапанов верхнего насоса. Соответственно для обеспечения жесткости конструкции вся система должна иметь якорь.
Нижний насос обычного типа имеет концентричное расположение всасывающего на цилиндре и нагнетательного на плунжере клапанов. Верхний насос имеет необычную конструкцию. Его плунжер не имеет
клапанов и соединен с нижним плунжером полым штоком и в силу этого герметично изолирован от камеры между насосами. Его назначение двоякое. Он соединяет нижний насос с колонной лифтовых труб, то есть служит для транзита продукции от нижнего насоса. С другой стороны, возвратно-поступательное движение верхнего и нижнего плунжеров из-за разности их диаметров вызывают появление в камере между насосами давления разряжения и сжатия. Это приводит в действие два клапана, а именно: всасывающий и нагнетательный, располагающиеся на боковой поверхности патрубка, соединяющего цилиндры насосов. Клапаны, как уже было сказано выше, гидравлически разобщены между собой пакером, что позволяет перекачивать продукцию по эксплутационной колонне.
Но у этого насоса есть и серьезные эксплутационные недостатки. В насосных установках типа ОРЭ из-за использования пакеров для разобщения пластов проблематичным выглядит решение организации контроля уровня жидкости, то есть пластовой энергии, только одного из пластов, как правило, нижнего, но в данной конструкции насосной установки, в которой используются два пакера, становится затруднительной организация контроля уровня обоих пластов. Пакер, устанавливаемый в эксплутационной колонне для разобщения бокового всасывающего и нагнетательного клапанов, исключает контроль уровня жидкости верхнего пласта, осуществляемого по межтрубному пространству скважины.
Из других проблем следует отметить техническую ориентацию на использование насосов трубного типа. Хотя нижний насос может быть вставного типа, но верхний - только трубного типа. Его диаметр должен быть не менее 57 мм для обеспечения прохождения насосов диаметра 28 и 32 мм, которые имеют наружный диаметр менее 45 мм. Насосы следующего размерного ряда, то есть 38 и 44 имеют наружный диаметр более 57 мм., что явно ограничивает их использование и существенно усложняет как компоновку, так и проведение ремонтных работ по замене насосов. Очевидно, что в данном случае следует использовать насосы вставного типа.
Есть проблемы, связанные с подъемом продукции по эксплутационной колонне. Движущийся поток нефти, в составе которого имеются агрессивные компоненты, может вызвать ускорение процессов коррозии тела трубы и выход из строя эксплутационной колонны, что чревато потерями запасов нефти скважины.
Цель данной полезной модели в создании двухлифтовой дифференциальной штанговой насосной установки для одновременно-раздельной эксплуатации скважин с использованием двух параллельных колонн лифтовых труб, приводимой в действие одной колонной штанг, позволяющей осуществлять раздельный забор и транспорт нефти в несмешивающемся режиме.
Предлагаемая двухлифтовая дифференциальная штанговая насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации скважин с приводом от одной колонны штанг представляет собой конструкцию, состоящую из двух комплексных узлов, образующую собственно два типа насосов, а именно:
1. Невставной насос НН (на фигуре 1 промаркирован буквами НН), спускаемый в скважину в составе НКТ 1. Перекачка продукции этого насоса на поверхность производится по колонне сплошных гибких труб 6.
2. Вставной насос ВН (на фигуре 1 промаркирован буквами ВН), спускаемый по колонне НКТ 1 в составе колонны штанг 23. Перекачка продукции этого насоса на поверхность производиться по колонне НКТ 1.
Первый комплекс - невставной насос НН - состоит из набора плунжеров 3 и 11, входящих в состав комплекса сдвоенных вставных насосов 2 и 14, и патрубка специальной конструкции 13, который содержит:
- на концах башмак якорный (на фигуре 2 позиция 25), которые вместе с манжетами 7 и 12, входящими в состав комплекса сдвоенных насосов, выполняют роль уплотнителей, герметизируя межплунжерную камеру невставного насоса НН, то есть камеру, образуемую плунжерами 3 и 11, и одновременно служат для посадки спускаемого в НКТ 1 комплекса
сдвоенных вставных насосов 2 и 14 (на фигуре 2 вид «А» представлены в увеличенном виде фрагмент башмака якорного 25 и манжеты 7);
- два клапана, размещенные на его боковой поверхности, а именно: боковой всасывающий клапан 10 и боковой нагнетательный клапан 8.
Плунжеры 3 и 11 комплекса сдвоенных вставных насосов 2 и 14 имеют разные диаметры цилиндров и плунжеров (на фигуре 1 указаны, как S1 и S2 площади их сечения, причем площадь сечения плунжера насоса 2 больше площади сечения плунжера насоса 14, то есть S1>S2). Гидравлическая связь межплунжерной камеры невставного насоса НН с боковыми клапанами 8 и 10 обеспечивается за счет перфорационных отверстий 9, которые расположены в месте сочленения насосов 2 и 14. Боковой всасывающий клапан 10 соединяет внутреннюю полость невставного насоса НН со скважиной. Его назначение - забор продукции верхнего пласта 20 в межплунжерную камеру. Боковой нагнетательный клапан 8 соединяет межплунжерную камеру невставного насоса НН со сплошной гибкой трубой 6. Его назначение - перекачка продукции из межплунжерной камеры в колонну гибких труб 6 и далее на поверхность. Соединение колонны гибких труб 6 с боковым всасывающим клапаном 10 осуществляется с помощью муфты 21.
Данный комплексный узел, а именно: невставной насос НН, спускается в эксплутационную колонну 22 скважины в следующем порядке. Первым на заданную глубину спускается в составе колонны НКТ 1 (на фигуре 3) вместе с пакером 16 и сплошными гибкими трубами 6 патрубок специальной конструкции 13. Колонна сплошных гибких труб 6 пристегивается к НКТ 1 специальными хомутами 26 и спускается одновременно с НКТ 1, но при помощи колтюбинговой установки (на фигуре колтюбинговая установка не указана). После надежного разобщения пластов в эксплутационной колонне 22 (на фигуре 1) пакером 16 спускают на штангах 23 собранный комплекс сдвоенных вставных насосов 2 и 14.
Второй комплекс - вставной насос ВН - входит в состав комплекса сдвоенных вставных насосов 2 и 14 и имеет различное исполнение конструкции плунжеров (на фигуре 1 и 2). Нижний насос 14 обычного типа, то есть содержит всасывающий 17 и нагнетательный 15 клапаны, верхний 2 - без клапанов. Очевидно, что роль насоса для забора и откачки продукции нижнего пласта 18 выполняет нижний вставной насос 14, а верхний насос 2 в этом процессе не участвует, но соединен с нижним плунжером полым штоком 4, по которому продукция нижнего пласта 18 перекачивается в колонну НКТ 1 и далее на поверхность. Посадка и крепление комплекса сдвоенных вставных насосов в патрубке специальной конструкции осуществляется при помощи манжет 7 и 12. Верхний насос 2 имеет манжеты 7 в нижней части корпуса, а нижний насос 14 - манжеты 12 в верхней части (на фигуре 2 вид А в увеличенном виде показаны манжета 7, башмачный якорь 25 и упорный бортик, входящий в состав насосов с манжетным креплением и служащий для фиксации комплекса сдвоенных насосов на заданной глубине).
Спускается данный комплекс сдвоенных вставных насосов 2 и 14 на штангах 23 в колонну НКТ 1, то есть так же, как и вставные насосы.
Работает двухлифтовая дифференциальная штанговая насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации скважин следующим образом.
При ходе вверх (на фигуре 1) нижний вставной насос ВН забирает и перекачивает на поверхность продукцию нижнего пласта 18. Перекачка продукции на поверхность ведется по колонне НКТ 1, которая гидравлически связана с нижним вставным насосом 14 плунжером вставного насоса 3, полым штоком 4 и плунжером 3. В процессе хода механически связанных плунжеров 3 и 11 насосов 2 и 14 вверх на величину L происходит увеличение объема межплунжерной камеры невставного насоса НН, что вызывает снижение давления в этой камере и открытие вследствие этого бокового всасывающего клапана 10 и заполнение его продукцией верхнего пласта 20
(на фигуре 1 объем межплунжерной камеры вынесен на боковое поле эскиза и указан под номером 19).
В процессе хода вниз на величину L (на фигуре 2) в межплунжерной камере невставного насоса НН происходить уменьшение объема межплунжерной камеры, что вызывает сжатие жидкости и, как следствие, надежное закрытие бокового всасывающего клапана 10 и открытие бокового нагнетательного клапана 8. Продукция верхнего пласта 20, вытесняемая из межплунжерной камеры невставного насоса НН, нагнетается через боковой нагнетательный клапан 8 в колонну лифтовых труб 6, образованную из сплошных гибких труб, и далее перекачивается на поверхность. Ход вниз в нижнем вставном насосе ВН вызывает открытие нагнетательного клапана 15 и закрытие всасывающего клапана 17. Продукция нижнего пласта 18, собранная в цилиндре вставного насоса ВН, перетекает по полому штоку в камеру плунжера 11 и по колонне НКТ 1 перекачивается на поверхность. Далее цикл повторяется.
Таким образом, двухлифтовая дифференциальная штанговая насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации скважин с использованием двух параллельных колонн лифтовых труб, одна из которых образована из сплошных гибких труб, приводимая в действие одной колонной штанг, позволяет осуществлять раздельный забор и транспорт нефти в несмешивающемся режиме: продукция нижнего пласта перекачивается по колонне НКТ, верхнего - по колонне сплошных гибких труб.
Очевидно, что применение сплошных гибких труб в комплексе с дифференциальным насосом облегчает процессы спуско-подъемных операций при проведении подземного ремонта скважин и упрощает конструкцию подземного оборудования за счет отказа от дополнительного привода в виде станка-качалки и одной колонны штанг, то есть ведет к снижению металлоемкости, а, следовательно, и стоимости.
Очевидно так же, что использование в конструкции дифференциальной штанговой насосной установки для одновременно-раздельной эксплуатации скважин патрубка специальной конструкции позволяет:
1. технически упростить конструкцию насосной установки за счет отказа от колонного якоря и пакера и проведения в связи с этим довольно трудоемких работ по их установке и извлечению из скважины в период ремонта глубиннонасосного оборудования скважины;
2. упростить процесс проведения подземного ремонта по замене штанговых насосов за счет использования штанговых насосов вставного типа;
2. беспрепятственно проводить исследование верхнего пласта.