УСТЬЕВАЯ АРМАТУРА
WELLHEAD EQUIPMENT

Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к оборудованию устья скважин для добычи нефти и газа. Основное назначение устьевого оборудования - это подвеска насосных труб, направление продукции скважины в выкидную линию и обеспечение отбора газа из затрубного пространства.
Известны устьевые арматуры, устройство для сброса газа из затрубного пространства которых выполнено в виде клапана сложной конструкции с перемещающимися втулками и двумя запорными элементами.
Недостатками их являются ненадежность работы и частые случаи промерзания в зимний период. Наиболее близким к заявленному является изобретение №2242583, выбранное в качестве прототипа, в котором устройство для сброса давления из затрубного пространства выполнено в виде трубки Вентури, установленной в отводе трубной подвески и сообщающейся зоной пониженного давления с колонной головкой.
Недостатками ее являются достижение лишь определенного снижения давления в затрубном пространстве и неэффективность от обмерзания в зимний период.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы устьевой арматуры скважины, полное снижение давления газа в затрубном пространстве, предотвращение условий для гидратообразования, увеличение притока нефти в скважину и исключение возможности обмерзания оборудования в зимний период.
В решении технической задачи используется эффект создания вакуума струйными насосами (эжекторами) и эффекты выделения тепла при дросселировании жидкостей через местные гидравлические сопротивления и при дросселировании газов (дроссель-эффект Джоуля-Томсона).
Известно, что струйный насос при свободно падающей струе воды способен создавать вакуум до 100 мм.рт.ст. Поэтому использование струйного насоса в конструкции устьевой арматуры позволяет устранить осложнения при эксплуатации скважин путем создания необходимых эффектов при откачке газожидкостного потока. При дросселировании жидкостей создается тепловой эффект, который определяются по формуле:
где
коэффициент восстановления;
- критерий Прандтля;
µ - динамическая вязкость, Па·сек;
15
3
ρ,ρ - плотность, кг/м;
С - теплоемкость нефти, Дж/кг°С;
t - рабочая температура нефти до процесса дросселирования;
ΔР - величина дросселируемого давления, Па.
н
15
λ=0,14; µ=0,01÷0,07; ρ=1000; ρ=700; С=2000.
При дросселировании газов наблюдаются эффект Джоуля-Томсона, состоящий в изменении температуры газов при их расширении. Опыты показывают, что при достаточно высоких давлениях все газы дают отрицательный эффект Джоуля-Томсона, т.е. нагреваются. Нефтяной газ до 90% состоит из метана, и при выполнении определенных условий он будет проявлять отрицательный эффект.
1
1
1
2
2
2
1
l
2
2
2
2
nom
кин
Обозначим давление, объем и потенциальную энергию газа до дросселирования - Р, V, U, после дросселирования - Р, V, U. "Обычно при дросселировании реального газа PV-PV>0 и U-U>0, работа проталкивания газа приводит к росту внутренней энергии. В условиях, когда работа проталкивания оказывается больше прироста внутренней потенциальной энергии ΔU, ее избыток идет на увеличение и внутренней кинетической энергии ΔU, температура газа растет (dT>0)"(Теплотехника, В.Н.Луканин., М.Г.Шатров и др. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2005, стр.127).
Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена схема скважинной устьевой арматуры.
Скважинная устьевая арматура устанавливается на эксплуатационную колонну и содержит фланцевую трубную головку 1 с боковым отводом 2 и фланцевую трубную подвеску с боковым отводом 4. Трубная подвеска 3 опирается на трубную головку 1 и крепится с ней как фланцевое соединение. В отводе 4 трубной подвески 3 установлен струйный насос 5, прием которого соединен с патрубком 6, который соединен с полостью колонной головки 1, а следовательно, и с кольцевым межтрубным пространством 8, образованным эксплуатационной колонной 9 и колонной насосно-компрессорных труб 10. При эксплуатации скважины нефть поступает по колонне насосно-компрессорных труб 10, а через отвод 4 поступает с забоя скважины на поверхность в нефтепромысловый сборный коллектор. Струйный насос 5, установленный в отводе 4 трубной подвески 3, обеспечивает отбор газа и снижение давления газа в межтрубном пространстве 8, что снижает противодавление на пласт и увеличивает приток нефти к скважине, повышая ее производительность.
На патрубке 6 дополнительно устанавливается узел 7, представляющей собой конструкцию из трех устройств. Первое служит для закручивания потока, при котором под действием центробежных сил капельки влаги собираются по периметру и через дроссельные отверстия второго устройства при помощи струйного насоса 5 откачиваются через дроссельные отверстия в выкидную линию. Сухой газ откачивается через третье устройство, находящееся в центре узла 7. При дросселировании жидкости и сухого газа происходит эффект тепловыделения, способствующий надежной работе устьевой арматуры в зимний период.
При работе в летний период или отсутствии необходимости для подогревания потока нефти с целью усиления притока нефти устьевая арматура может использоваться без узла 7, что улучшает производительность скважины.