ПАКЕРНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ПРОМЫВКИ НАСОСА ДЛЯ НЕЕ (ВАРИАНТЫ)
PACKER INSTALLATION (VERSIONS) AND DEVICE FOR ITS PUMPS WASHING (VERSIONS)

Изобретение относится к скважинной эксплуатации месторождений углеводородов с негерметичной эксплуатационной колонной и может быть использовано в конструкции пакерной установки с погружным электронасосом.
Известна скважинная пакерная установка с насосом, которая включает спущенные в скважину на колонне труб постоянного или переменного диаметра насос для подачи флюида и пакер, разделяющий изолируемый интервал снизу от приема насоса и выполненный с кабельным вводом (см. Описание к патенту РФ №2331758 «Скважинная пакерная установка с насосом (варианты)», МПК E21B 43/00, опубликовано 20.08.2008). Пакер снабжен герметизирующими резиновыми элементами для его установки в полости колонны труб скважины. Пакер включает продольные каналы, образованные как собственно полостью пакера, так и дополнительной трубой меньшего диаметра. Колонна труб снабжена верхним и нижним перепускными устройствами, расположенными один над пакером, а другой под пакером, с одним или несколькими радиальными каналами. Радиальный канал нижнего перепускного устройства связан с затрубным пространством под пакером и над приемом насоса, радиальный канал верхнего перепускного устройства связан с затрубным пространством над пакером. Каналы нижнего и верхнего перепускных устройств соединены (сообщаются) через один из продольных каналов, проходящих сквозь пакер. Продольный канал пакера связан снизу с пространством над выходом насоса, а сверху - с выходом колонны труб. По продольному каналу пакера флюид под давлением вследствие работы насоса, электроцентробежного или глубинного штангового, извлекается на поверхность.
Описанная пакерная установка конструктивно сложна, т.к. через продольный канал пакера проходят дополнительные трубы разного диаметра, связанные с радиальными каналами перепускных устройств вследствие необходимости работы пакера в разных режимах. Установка труб в пакере сложна, их трудно установить на свое посадочное место на глубине с обеспечением герметизации места соединения. Работа пакера в разных режимах вызывает необходимость установки в процессе работы регулирующих клапанов, глухих пробок, заглушек, перепускных циркуляционных клапанов, что дополнительно усложняет как конструкцию скважинной установки, так и ее подготовку к работе в разных режимах. Установка клапанов, пробок и др. со смещением от оси колонны сама по себе является отдельной проблемой.
Одним из других существенных недостатков известной установки является необходимость демонтажа сложной пакерной установки с извлечением насоса для подачи флюида с целью промывки насоса от механических примесей и других отложений, вызвавших нарушение нормальной работы или заклинивание насоса. Участки кабеля, проходящего внутри вертикальной полости деталей пакера, дополнительно усложняют как извлечение насоса, так и установку его при повторном спуске.
Задачей изобретения является упрощение конструкции пакерной установки, обеспечение промывки насоса без демонтажа и извлечения пакера с насосом из скважины. Другой задачей является упрощение монтажа пакерной установки, а также расширение арсенала средств для обеспечения нормальной работы насосно-пакерной установки.
Задача решается конструкцией пакерной установки, снабженной элементами установки и герметизации: якорными плашками, герметизирующими упругими элементами, например резиновыми манжетами, выполненной с полостью, верхним и нижним сквозными перепускными радиальными каналами. Нижний радиальный перепускной канал связан с затрубным пространством под пакером, верхний радиальный перепускной канал соединен с затрубным пространством над пакером. Кабель расположен в герметизирующем канале с внешней стороны ствола пакера. Полость пакера связана снизу с пространством над выходом насоса - полостью выкида насоса, сверху - с верхней частью полости колонны насосно-компрессорных труб.
Отличием установки от прототипа является:
- выполнение нижнего радиального перепускного канала в нижней части ствола пакера;
- выполнение верхнего радиального перепускного канала в верхней части ствола пакера;
- пакерная установка снабжена устройством промывки насоса для циркуляции промывочной жидкости,
- устройство про установочных и герметизирующих элементов: герметичных уплотнительных колец или манжет в посадочное седло ствола пакера, с возможностью извлечения устройства из ствола пакера;
- устройство промывки насоса выполнено в виде цилиндрической вставки, состоящей из двух, верхней и нижней, полых частей;
- верхняя часть вставки установлена в пакере выше верхнего перепускного радиального канала;
- нижняя часть вставки расположена в пакере ниже верхнего перепускного радиального канала;
- полости верхней и нижней частей направлены в противоположные стороны относительно друг друга;
- полость верхней части вставки обращена к верхней части колонны насосно-компрессорных труб;
- полость верхней части вставки сообщается (выполнена сообщающейся) с верхней частью полости пакера выше верхнего радиального перепускного канала;
- полость нижней части вставки обращена к полости выкида насоса;
- полость нижней части вставки сообщается (выполнена сообщающейся) с полостью пакера ниже верхнего радиального перепускного канала;
- верхняя часть вставки выполнена в виде цилиндрической поверхности с днищем,
- с разделением днищем полости верхней части вставки от полости нижней части вставки и с разделением полости верхней части вставки от части полости пакера, расположенной ниже верхнего радиального перепускного канала;
- верхняя часть вставки выполнена с наружным диаметром сечения цилиндрической поверхности, равным внутреннему диаметру пакера, с возможностью контакта с внутренней поверхностью ствола пакера;
- верхняя часть вставки снабжена уплотнительным элементом (кольцом, манжетой), расположенным выше верхнего радиального перепускного канала;
- днище верхней части вставки служит крышкой нижней части вставки;
- нижняя часть вставки выполнена с наружным диаметром цилиндрической поверхности меньше внутреннего диаметра пакера, с образованием продольного кольцевого канала промывки между наружной поверхностью нижней части вставки и внутренней стороной стенки ствола пакера для доставки к насосу промывочной жидкости. Альтернативный вариант образования канала промывки: канал промывки может быть выполнен в виде продольной или спиральной проточки на внешней стороне боковой стенки нижней части вставки и/или на внутренней поверхности стенки ствола пакера. В этом случае наружный диаметр нижней части вставки может быть меньше или равен внутреннему диаметру ствола пакера.
- в днище/крышке выполнен прямой канал промывки, соединяющий полость верхней части вставки с продольным каналом промывки (каналом за счет разных диаметров ствола пакера и нижней части вставки или каналом за счет проточки); прямой канал промывки служит для подачи промывочной жидкости через продольный канал промывки к насосу;
- в днище/крышке выполнен также обратный канал промывки, соединяющий полость нижней части вставки, т.е. нижнюю часть полости пакера с верхним радиальным перепускным каналом; обратный канал промывки обеспечивает удаление промывочной жидкости из ствола пакера;
- при диаметре нижней части вставки меньше диаметра ствола пакера (например, первый вариант исполнения продольного канала промывки):
- концы нижней части вставки выполнены с буртиками: верхним и нижним, с наружными диаметрами, равными внутреннему диаметру ствола пакера;
- буртики снабжены верхним и нижним уплотнительными элементами (кольцами, манжетами);
- верхний буртик с уплотнительным элементом нижней части вставки расположен ниже верхнего радиального перепускного канала с обеспечением сообщения верхнего перепускного радиального канала с нижней частью полости пакера;
- нижний буртик с уплотнительным элементом нижней части вставки расположен ниже нижнего радиального перепускного канала с обеспечением сообщения нижнего перепускного радиального канала с продольным каналом промывки;
- при диаметре нижней части вставки, равном диаметру ствола пакера, нижняя часть вставки выполнена без буртиков, при этом:
- концы нижней части вставки снабжены верхним и нижним уплотнительными элементами (кольцами, манжетами);
- верхний уплотнительный элемент нижней части вставки расположен ниже верхнего радиального перепускного канала с обеспечением сообщения верхнего перепускного радиального канала с нижней частью полости пакера;
- нижний уплотнительный элемент нижней части вставки расположен ниже нижнего радиального перепускного канала с обеспечением сообщения нижнего перепускного радиального канала с продольным каналом промывки.
Задача решается также конструкцией устройства промывки насоса, которое
- выполнено в виде цилиндрической вставки, состоящей из двух, верхней и нижней, полых частей; наружный диаметр нижней части меньше наружного диаметра верхней части; другой вариант конструкции вставки: диаметры верхней и нижней частей вставки одинаковы или наружный диаметр нижней части меньше наружного диаметра верхней части, при этом на внешней поверхности нижней части вставки выполнена продольная или спиральная проточка в качестве продольного канала промывки и/или такая проточка на внешней поверхности нижней части вставки отсутствует, но она выполнена на внутренней стороне стенки пакера напротив боковой поверхности нижней части вставки;
- полости верхней и нижней частей обращены в противоположные стороны относительно друг друга;
- верхняя часть вставки выполнена в виде цилиндрической поверхности с днищем, которое является крышкой нижней части вставки, и снабжена уплотнительным элементом;
- с разделением днищем полости верхней части вставки от полости нижней части вставки;
- при внешнем диаметре нижней части вставки меньше диаметра верхней части вставки концы нижней части вставки выполнены с буртиками верхним и нижним, с диаметрами своих наружных боковых цилиндрических поверхностей, равными наружному диаметру верхней части;
- буртики снабжены уплотнительными элементами;
- при равных диаметрах частей вставки концы нижней части вставки выполнены без буртиков, но снабжены уплотнительными элементами;
- в днище/крышке выполнен прямой канал промывки, который соединяет полость верхней части вставки с наружной стороной нижней части вставки;
- в днище/крышке выполнен обратный канал промывки ниже уплотнительного элемента верхней части вставки, который соединяет внутреннюю полость нижней части вставки с наружной стороной верхней части вставки.
Описанная конструкция устройства промывки насоса и конструкция пакерной установки с таким устройством промывки обеспечивают разделение верхнего и нижнего радиальных перепускных каналов друг от друга и разделение канала подачи промывочной жидкости к насосу от канала отбора от насоса отработанной жидкости промывки, выполнение их в виде каналов перекрестного течения. Конструкция обеспечивает промывку насоса, его внутренней и наружной частей, рабочих колес без извлечения насоса с пакером и насосно-компрессорными трубами из скважины, ускоряя и упрощая операцию промывки и пуск насоса в основной режим работы по подаче флюида на поверхность.
На фигуре изображено продольное сечение первого варианта пакерной установки с установленным внутри полости пакера первым вариантом исполнения устройства для промывки насоса, с электронасосом для подачи флюида, расположенным в подпакерной зоне на колонне насосно-компрессорных труб.
Пакер выполнен в виде полой трубы 1 (ствол пакера), с полостью 2, двумя радиальными перепускными каналами верхним 3 и нижним 4, выполненными соответственно в верхней и нижней части ствола пакера. На чертеже затрубное пространство выше пакера 1 обозначено позицией 5, затрубное пространство ниже пакера - позицией 6.
Пакер 1 установлен (смонтирован) на колонне насосно-компрессорных труб с опорой на внутреннюю поверхность трубы эксплуатационной колонны 7 скважины с центратором 8, якорным плашечным узлом 9, на который посажен конус 10 пакера. Пакер со своей внешней стороны снабжен упругими, например резиновыми, манжетами 11, которые взаимодействуют с упором 12. Элементы 8-12 крепления и герметизации пакера расположены между радиальными каналами 3 и 4. Загерметизированный кабель 13 расположен на наружной стороне ствола 1 пакера. Электронасос 14 для подачи флюида расположен на колонне 15 насосно-компрессорных труб ниже пакера. Нижняя часть полости 2 пакера связана с пространством над выходом насоса - полостью 16 выкида насоса 14. Устройство-вставка 17 для промывки насоса установлена внутри ствола 1 пакера соосно с ним. Вставка состоит из двух цилиндрических полых частей: верхней 18 и нижней 19, полостями обращенных друг от друга, одна вверх, другая вниз. Верхняя часть 18 вставки выполнена с днищем 20, которое является крышкой для нижней части 19 вставки 17 и отделяет полость 21 верхней части 18 вставки 17 от полости 22 нижней части 19 вставки. Как видно из чертежа, полость 21 верхней части 18 вставки 17 является верхней частью полости 2 пакера, и эти полости сообщаются с верхней частью полости колонны 15 насосно-компрессорных труб. Полость 22 нижней части 19 вставки 17 является полостью 2 пакера, и эти полости сообщаются с нижней частью полости колонны 15 насосно-компрессорных труб, а именно с пространством 16 над выкидом насоса 14. Верхняя часть 18 вставки 17 выполнена с наружным диаметром боковой поверхности, равным внутреннему диаметру ствола 1 пакера, с возможностью ее герметичной посадки на внутреннюю поверхность ствола 1 пакера, на его участок выше верхнего радиального перепускного канала 3 пакера. Такая установка верхней части 18 вставки 17 может быть осуществлена в форме посадки ее уплотнительных элементов (колец) на продольное посадочное седло или на стволе пакера, а также с использованием замкового узла, установленного на наружном диаметре вставки (не показано). Нижняя часть 19 вставки 17 выполнена с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра ствола 1 пакера, с образованием продольного кольцевого канала промывки 23 вдоль стенки ствола 1 пакера, как это показано на чертеже. Другой вариант исполнения продольного канала промывки может быть осуществлен путем выполнения проточки, продольной или спиральной, на внешней поверхности нижней части вставки или на внутренней поверхности ствола пакера напротив нижней части вставки, при равных диаметрах или при внешнем диаметре нижней части вставки меньше внутреннего диаметра ствола пакера (не показано).
Концы нижней части 19 вставки 17 выполнены с нижним 24 и верхним 25 буртиками с их наружными диаметрами боковых цилиндрических поверхностей, равными внутреннему диаметру ствола 1 пакера, с возможностью их герметичной посадки на ствол пакера. Для этого буртики 24, 25 снабжены уплотнителями для герметизации их стыков с внутренней поверхностью ствола 1 пакера. Такая установка буртиков 24 и 25 может быть осуществлена в форме герметичной посадки их уплотнительных колец на посадочное седло ствола 1 пакера. Верхний буртик 25 со своим уплотнителем установлен ниже верхнего радиального перепускного канала 3, нижний буртик 24 со своим уплотнителем установлен ниже нижнего радиального перепускного канала 4.
Как видно из чертежа, днище/крышка 20 верхней 18 и нижней 19 частей вставки 17 разделяет полости 21 и 22 этих частей друг от друга, а заодно верхнюю часть полости 2 пакера и нижнюю часть полости 2 пакера, значит, верхнюю и нижнюю части полости колонны 15 насосно-компрессорных труб над пакером и под пакером соответственно.
В днище/крышке 20 выполнен прямой канал промывки 26, соединяющий полость 21 верхней части 18 вставки 17 или верхнюю часть полости 2 пакера с продольным кольцевым каналом промывки 23, образованным вдоль внутренней поверхности стенки ствола 1 пакера, и далее через нижний радиальный перепускной канал 4 с затрубным пространством 6 эксплуатационной колонны 7 скважины ниже пакера. Кроме того, в днище/крышке 20 выполнен обратный канал промывки 27, соединяющий полость 22 нижней части 19 вставки 17 или нижнюю часть полости 2 пакера 1 с затрубным пространством 5 эксплуатационной колонны 7 скважины выше пакера через верхний радиальный перепускной канал 3.
Таким образом, вставка 17 представляет собой цилиндрический удлиненный инструмент, разделенный на две герметично разобщенные зоны - полости верхней части и нижней части вставки, которые сообщаются с верхней и нижней частями полости пакера соответственно. Вставка вставляется в ствол пакера и в частном случае конструкции может удерживаться на стволе пакера цанговым замковым узлом, установленным на наружном диаметре вставки, или с помощью других средств, описанных выше. Такая конструкция вставки, установленной в пакер определенным образом по отношению к нижнему и верхнему перепускным каналам, обеспечивает разделение каналов подачи промывочной жидкости к насосу и отбора ее от насоса вверх, в затрубное пространство выше пакера.
Пакерная установка с устройством 17 промывки насоса 14 работает следующим образом.
При необходимости промывки насоса его вместе со всей подвеской колонны 15 насосно-компрессорных труб, кабелем 13, пакером не извлекают из эксплуатационной колонны 7 скважины. В полость 2 ствола 1 пакера с нижним и верхним радиальными перепускными каналами 4 и 3 устанавливают вставку (устройство промывки насоса) 17, пользуясь обычным спускоподъемным оборудованием (не показано), соосно с пакером. За счет описанной выше конструкции вставки с уплотнителями вставка 17 герметично устанавливается и прочно удерживается в посадочных местах ствола пакера без перекоса. Сверху, в полость колонны 15 насосно-компрессорных труб, подают промывочный раствор (показан стрелками вниз), который по прямому каналу 26 в днище 20 вставки 17 попадает в продольную полость канала промывки 23 и, проходя через нижний радиальный перепускной канал 4, попадает в затрубное пространство 6 скважины (показано стрелками вниз) и далее на прием насоса 14. Проходя через насос 14 и по его поверхности, колесам, промывочная жидкость вымывает все осевшие снаружи и изнутри механические примеси, увлекая их в своем потоке за счет давления, вызванного ее подачей сверху колонны 15, наверх, попадая в полость 2 пакера (показано стрелками вверх). Далее поток промывочной жидкости с механическими примесями попадает в полость 22 нижней части 19 вставки 17 и через левый (на фигуре) обратный канал промывки 27 к верхнему радиальному каналу 3 и далее в затрубное пространство 5, расположенное выше пакера (показано стрелками вверх).
Таким образом проводят промывку насоса 14 простым способом под действием напора промывочной жидкости, без извлечения подвески колонны насосно-компрессорных труб, пользуясь только операцией установки устройства 17 промывки в полость 2 пакера. Установка устройства 17 промывки насоса является более простой операцией, т.к. нет необходимости установки дополнительных посадочных деталей, заглушек и клапанов. Все проблемы, описанные в работе прототипа выше, тем самым снимаются, и поставленные изобретением задачи решаются. Упрощается конструкция пакера, обеспечивается промывка насоса для подачи флюида без его извлечения, без демонтажа и извлечения пакера, колонны труб и кабеля. Расширяется арсенал простых в изготовлении и эксплуатации средств для обеспечения нормальной работы пакерной установки с насосом.