УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ РЕАГЕНТА В СКВАЖИНУ
DEVICE FOR DOSING REAGENT SUPPLY INTO THE WELL

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано для равномерного дозирования химического реагента при добыче нефти в осложненных условиях с использованием установок штанговых скважинных насосов (ШСНУ).
Известно устройство для подачи химического реагента в скважину, содержащее цилиндрический корпус с верхней крышкой и перекрытым снизу днищем с дозировочным отверстием для вытекания реагента. В корпусе размещена полая трубка, один конец которой погружен в реагент, а второй вмонтирован во входное отверстие верхней крышки и гидравлически связан с затрубным пространством. На верхней крышке корпуса смонтирован входной модуль, представляющий собой гравитационный сепаратор «вода-нефть», сообщающийся с полой трубкой и предотвращающий попадание пластовой воды внутрь корпуса. Входной модуль выполнен в виде толстостенного цилиндра, имеющего центральный сквозной канал и равномерно расположенные вокруг него по окружности внутренние осевые каналы, радиальные входные отверстия, выполненные под заборным козырьком и соединенные с нижней частью осевых каналов. Осевые каналы в своей верхней части сообщены с центральным каналом посредством наклонных соединительных проточек. Устройство предназначено для обеспечения постоянной скорости вытекания химического реагента в скважину без изменения его концентрации [патент RU №2624850, МПК Е21В 37/06, опубл. 07.07.2017].
К недостаткам известного устройства относятся возможность засорения механическими примесями дозировочного отверстия, что обусловлено его малым диаметром. Указанное нарушит работоспособность устройства и приведет к его отказу. При работе входного модуля выделяющийся из пластовой жидкости газ может образовать в верхней части модуля газовую пробку, препятствующую работе устройства. При изменении скважинных условий (например, обводненности при заводнении пластов) плотность добываемого флюида может измениться, что приведет к изменению расхода реагента и снижению эффективности защиты погружного оборудования в осложненных условиях работы.
Известно устройство погружного дозатора химического реагента, содержащее цилиндрический корпус, с одной стороны которого установлены герметичный модуль с интеллектуальным блоком. С другой стороны корпуса установлено основание с камерой смешивания, с управляемым клапаном и с выходным каналом, сообщенным с камерой смешивания. Интеллектуальный блок соединен электрическим проводником в изоляционной оболочке, находящимся в герметичной трубе с управляемым клапаном. Внутренняя полость цилиндрического корпуса выполнена герметичной с возможностью заполнения пластовой жидкостью и химическим реагентом, и герметично разделена поршнем. Герметичная труба является направляющей для поршня и расположена по оси цилиндрического корпуса. В основании дозатора дополнительно выполнен заливной канал химического реагента с клапаном, В качестве управляемого клапана установлен электромагнитный клапан, выполненный с возможностью открытия или закрытия по управляющему сигналу. Электромагнитный клапан установлен в выходном канале, Интеллектуальный блок соединен с нулевым проводом трехфазного электрического привода погружного насоса [патент RU №2 625 839 МПК Е21В 37/06, опубл. 19.07.2017].
К недостаткам известного устройства относятся возможность зависания или потери герметизирующих свойств подвижного поршня, что ведет к отказу устройства. Необходимость подвода электроэнергии для питания привода и работы устройства определяет сложность его конструкции и высокую стоимость. Ограниченный ресурс электромагнитного клапана и низкая надежность интеллектуального блока управления обусловливают высокую вероятность отказа при работе описываемого устройства в скважине.
Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для дозированной подачи реагента в скважину. Данное устройство содержит устанавливаемую в скважину ниже нефтедобывающего оборудования емкость для реагента и сообщенный с ней, имеющий собственный привод поршневой насос-дозатор. Полость данного насоса имеет возможность соединения всасывающего канала с емкостью для реагента, а нагнетательного - со скважиной. Насос-дозатор выполнен в виде поршневого гидроцилиндра одностороннего действия, который размещен в корпусе устройства и установлен на колонне насосно-компрессорных труб. Поршневая полость цилиндра гидравлически соединена каналом с емкостью для реагента и с всасывающим каналом насоса-дозатора, а поршень механически соединен с обсадной колонной посредством якоря. Емкость для реагента имеет возможность заправки с поверхности посредством капиллярного канала. В емкости с реагентом имеется подвижный поршень-разделитель, который препятствует смешению пластовой жидкости с реагентом [патент RU №2664568, МПК Е21 В 37/06, опубл. 21.08.2018].
Приводом описываемого устройства для дозированной подачи реагента в скважину является станок-качалка, поэтому при работе корпус устройства осуществляет возвратно-поступательное движение вместе с насосно-компрессорным трубопроводом (НКТ). При ходе корпуса вверх реагент из емкости через открытый клапан поступает в цилиндр насоса-дозатора. При ходе корпуса вниз клапан закрывается и реагент, вытесняемый поршнем из цилиндра, поступает в скважину.
Расход подаваемого в скважину реагента можно регулировать управляемым клапаном. При подаче сигнала на управляемый клапан его механизм меняет положение, перекрывая поршневую полость, и соединяет полость насоса-дозатора и нагнетательный канал. При этом количество реагента, находящегося в полости насоса-дозатора, вытесняется поршнем под действием пружины в нагнетательный канал и далее в скважину. Расход подаваемого в скважину реагента регулируется изменением времени между срабатываниями электромагнитного клапана. По мере расходования реагента подвижный разделительный поршень емкости опускается вниз. При срабатывании нижнего датчика подается сигнал на заполнение емкости по капиллярному каналу, которое прекращается при достижении разделительным поршнем верхнего датчика, Данное устройство принято в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, - устройство для дозированной подачи реагента в скважину, установленное в скважину ниже штангового скважинного насоса, содержащее емкость с жидким реагентом с дозировочным отверстием, сообщенную с объемным плунжерным насосом-дозатора с приводом, частота срабатываний которого пропорциональна частоте качаний привода штангового скважинного насоса.
К недостаткам известного устройства, принятого за прототип, относятся возможность зависания или потери герметизирующих свойств подвижного поршня-разделителя, что обусловливает отказ устройства; сложность конструкции и настройки режима дозирования реагента; сложность точного монтажа в обсадной колонне якоря.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции и повышение надежности функционирования устройства для дозированной подачи реагента в скважину.
Поставленная задача была решена за счет того, что известное устройство для дозированной подачи реагента в скважину, установленное в скважину ниже штангового скважинного насоса, содержащее емкость с жидким реагентом с дозировочным отверстием, сообщенную с объемным плунжерным насосом-дозатора с приводом, частота срабатываний которого пропорциональна частоте качаний привода штангового скважинного насоса, согласно изобретению снабжено узлом подвода вытесняющей жидкости в емкость с жидким реагентом, выполненным в виде гравитационного сепаратора, каналы которого в верхней части соединены с обратными клапанами, при этом плунжер насоса-дозатора соединен с всасывающим клапаном штангового скважинного насоса, а над дозировочным отверстием в емкости с жидким реагентом дополнительно установлен пористый элемент.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - узел подвода вытесняющей жидкости в емкость с жидким реагентом, выполненный в виде гравитационного сепаратора, каналы которого в верхней части соединены с обратными клапанами; плунжер насоса-дозатора соединен с всасывающим клапаном штангового скважинного насоса; над дозировочным отверстием в емкости с жидким реагентом дополнительно установлен пористый элемент.
Привод насоса-дозатора предлагаемого устройства от всасывающего клапана штангового скважинного насоса обеспечивает устойчивую и равномерную подачу жидкого реагента в скважину. Плунжер насоса-дозатора соединен с всасывающим клапаном штангового скважинного насоса, например, посредством штока, с установленным на конце штока постоянным магнитом. При этом монтаж устройства в скважине не требует выполнения дополнительных операций.
Пористый элемент, установленный в емкости с жидким реагентом над дозировочным отверстием, обеспечивает защиту дозировочного отверстия от засорения механическими примесями, а также снижает скорость истечения жидкого реагента из дозировочного отверстия, так как является дополнительным гидравлическим сопротивлением.
Применение в конструкции предлагаемого устройства гравитационного сепаратора позволяет отделять от скважинной жидкости нефть, и использовать отсепарированную нефть в качестве вытесняющей жидкости водорастворимого химического реагента из емкости с дозировочным отверстием.
Установка обратных клапанов в верхней части гравитационного сепаратора обеспечивает удаление свободного газа и предотвращение образование газовой пробки, что определяет устойчивую работу заявляемого устройства.
На основании изложенного заявляемое устройство для дозированной подачи реагента в скважину является техническим решением, обладает новизной и имеет изобретательский уровень, так как оно неизвестно из уровня техники и для специалиста явным образом не следует из уровня техники. Промышленная применимость устройства подтверждается возможностью его реализации с использованием известных средств, применяемых в нефтедобывающей промышленности и материалов.
Сущность устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез заявляемого устройства.
На фиг. 2 изображен поперечный разрез гравитационного сепаратора.
Устройство для дозированной подачи реагента в скважину (фиг. 1) состоит из емкости 1, выполненной из гладкой трубы и заполненной жидким водорастворимым реагентом 2, плунжерного насоса-дозатора 3 с установленными внутри плунжером 4 и обратным клапаном 5, соединительного узла 6, узла подвода вытесняющей жидкости 7 в емкость с жидким реагентом.
Емкость 1 с жидким реагентом 2 сообщена с объемным плунжерным насосом-дозатором 3 с приводом, частота срабатываний которого пропорциональна частоте качаний привода штангового скважинного насоса 8. Узел подвода вытесняющей жидкости 7 в емкость с жидким реагентом выполнен в виде гравитационного сепаратора с отверстиями 9 для поступления пластовой жидкости, Каналы 10 узла подвода 7, представляющего собой гравитационный сепаратор «вода-нефть», в верхней части соединены с обратными клапанами 11.
К плунжеру 4 закреплен шток 12 с установленным на нем магнитом 13, к которому привулканизирована резиновая защитная пластина 14 для демпфирования ударов о шарик 15 всасывающего клапана 16, находящегося в паре с седлом 17 всасывающего клапана 16 штангового насоса 8.
Внутри распределителя 18, расположенного в нижней части емкости 1, в установочный цилиндр 19 установлен пористый элемент 20 над дозировочным отверстием 21.
Ход плунжера 4 ограничен высотой подъема шарика 75 всасывающего клапана 16 штангового насоса 8. В зависимости от вязкости химического реагента 2, размещенного в емкости 1, рассчитываются параметры пористого элемента 20.
Механизированное устройство для дозированной подачи реагента в. скважину устанавливается под штанговый скважинный насос 8 посредством соединительного узла 6 и работает следующим образом.
Механизированное устройство для дозированной подачи реагента в скважину присоединяется к насосу 8 посредством соединительного узла 6 и спускается в скважину в составе компоновки штанговой насосной установки. Емкость 1 заполнена жидким водорастворимым реагентом 2, а плунжер 4 насоса-дозатора 3 соединен с шариком 15 клапана 16 посредством штока 12 с установленным на нем магнитом 13,
Скважинная жидкость поступает в узел подвода 7 (фиг. 1) через отверстия 9 и проходит по каналам 10 (фиг. 2), где, вследствие малой скорости течения, разделяется на нефть и воду, то есть сепарируется. При этом нефть, как жидкость с меньшей плотностью, скапливается в верхней части каналов 10.
Скапливающийся свободный газ выводится из каналов 10 узла подвода 7 через обратные клапаны 11.
При открытии всасывающего клапана 16 штангового насоса 8 присоединенный к нему магнитом 13 шток 12 поднимает плунжер 4 и предварительно отсепарированная нефть из каналов 10 поступает в насос-дозатор 3.
При закрытии всасывающего клапана 16 штангового насоса 8 плунжер 4 движется вниз. Под действием избыточного давления открывается клапан 5 и отсепарированная нефть поступает в емкость 1, при этом некоторый объем жидкого реагента 2 вытесняется через пористый элемент 20 и дозировочное отверстие 21 в скважину. Так как жидкий реагент 2 является водорастворимым, он не смешивается с поступающей в емкость 1 нефтью, что обеспечивает постоянную концентрацию дозируемого в скважину реагента 2. Нефть, как жидкость с меньшей плотностью, концентрируется в верхней части емкости 1. Частицы механических примесей, содержащиеся в скважинной продукции, отделяются при работе узла подвода 7, представляющего собой гравитационный сепаратор, и пористого элемента 20, что предотвращает засорение дозировочного отверстия 21.
Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет обеспечить непрерывную равномерную подачу жидкого реагента в скважину при добыче нефти в осложненных условиях с использованием установок штанговых скважинных насосов. Заявляемое устройство характеризуется простотой конструкции и монтажа в скважине.