СКВАЖИННЫЙ СЕПАРАТОР ШТАНГОВОГО НАСОСА

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно устройствам для разделения материалов, добытых из скважины при помощи штангового насоса.
Известно «Входное устройство скважинного насоса» (патент RU №2300666, МПК Е21В 47/00, опубл. Бюл. №16 от 10.06.2007), содержащее соединенную с переводником приемной части скважинного насоса отстойную камеру, в которой частично размещен U-образный подводящий патрубок, входной конец которого выведен за отстойную камеру, расположенный ниже отстойной камеры стакан с отверстиями в верхней части, который соединен с отстойной камерой входным каналом, выполненным в виде трубки, причем между отстойной камерой и стаканом размещена дополнительная камера, оснащенная верхней и нижней крышками, а входной канал выполнен составным из верхнего и нижнего патрубков, заглушенных соответственно сверху и снизу, снабженных соответственно верхними и нижними боковыми отверстиями, причем верхний патрубок жестко соединен с верхней крышкой дополнительной камеры и негерметично с переводником скважинного насоса, а нижний патрубок жестко соединен с нижней крышкой и с днищем стакана, при этом дополнительная камера сообщается при помощи верхнего и нижнего патрубков через верхние и нижние боковые отверстия соответственно с внутренними пространствами отстойной камеры и стакана, причем входной конец U-образного подводящего патрубка выполнен в виде боковых отверстий в отстойной камере, расположенных на одном уровне с верхними боковыми отверстиями верхнего патрубка, а U-образный подводящий патрубок образован герметично вставленной между верхней крышкой дополнительной камеры и переводником приемной части скважинного насоса трубой, размещенной между отстойной камерой и верхним патрубком и выполненной с боковыми отверстиями, расположенными ниже боковых отверстий отстойной камеры.
Недостатками сепаратора (камер и U-образного подводящего патрубка), входящего во входное устройство, являются большие габаритные размеры и, как следствие большая материалоемкость и стоимость, чтобы обеспечить гравитационное разделение воды и нефти, а также поочередный по колонне труб подъем воды и нефти.
Наиболее близким по технической сущности является «Скважинный сепаратор» (патент RU №2467166, МПК Е21В 43/38, опубл. Бюл. №32 от 20.11.2011), содержащий соединительную головку с патрубком для отвода жидкости и с местом соединения с приемом
насоса или с кожухом насоса, корпус сепаратора, шламовую трубу, причем верхняя часть корпуса сепаратора связана с соединительной головкой, а нижняя - с шламовой трубой, и сепарирующий узел, установленный внутри корпуса сепаратора, выполненный в виде полого шнека с профилированной спиралью, причем внутри шнека размещен патрубок для отвода жидкости, образующий с ним кольцевую полость для поступления в нее газа через газоотводящие окна, выполненные в полом шнеке под профилированной спиралью вдоль ее длины, причем соединительная головка помимо места соединения с приемом насоса или с кожухом насоса включает узел крепления верхней части патрубка для отвода жидкости и верхней части полого шнека, и головку отвода газа с каналами для отвода газа и с каналами для приема скважинной жидкости или без последних, при этом верхняя часть корпуса сепаратора связана с соединительной головкой через входящую в ее состав головку отвода газа посредством по меньшей мере одной приемной головки, имеющей приемные каналы для возможности поступления в сепаратор скважинной жидкости, причем внутри корпуса сепаратора размещен корпус шнека, выполненный в виде полого цилиндра с щелевыми прорезями для возможности выхода механических примесей из сепарационного узла в полость между корпусом сепаратора и корпусом шнека, при этом полый шнек с профилированной спиралью расположен внутри корпуса шнека, причем сепаратор снабжен установленным под сепарирующим узлом направляющим аппаратом, выполненным с каналами для возможности поступления механических примесей в шламовую трубу, с каналами для возможности поступления жидкости из сепарирующего узла в патрубок, а также в направляющем аппарате выполнены цилиндрические выступы для возможности центрирования и фиксации положения патрубка, полого шнека, корпуса шнека и корпуса сепаратора относительно направляющего аппарата и друг друга, при этом в верхней части полого шнека, не окруженной профилированной спиралью, в его стенке выполнены газосбросные окна.
Недостатками данного сепаратора являются сложность конструкции и, как следствие, высокая стоимость, а также необходимость подбора под каждую скважину устройства индивидуально, что может привести к плохому отделению воды и нефти «из-за человеческого фактора».
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание простой, дешевой и универсальной конструкции скважинного сепаратора для штангового насоса.
Техническая задача решается скважинным сепаратором штангового насоса, включающим соединительную головку с патрубком для отвода жидкости, корпус сепаратора, верхняя часть которого соединена с соединительной головкой, и сепарирующий узел, установленный внутри корпуса сепаратора, выполненный в виде полого шнека с профилированной
спиралью, причем внутри шнека размещен патрубок с радиальными окнами для отвода жидкости, образующий с ним кольцевую полость, а соединительная головка включает узел крепления верхней части патрубка для отвода жидкости.
Новым является то, что соединительная головка изготовлена в виде герметизатора устья скважины, оснащенного патрубком отвода отделившейся воды из добываемой насосом продукции, а патрубок для отвода жидкости выполнен с возможностью регулируемого отвода отделившейся нефти и изготовлен сборным в виде полых штока без окон и колонны штанг, соединенных муфтами, заглушенных ниже окон и соединенных снизу плунжером штангового насоса, а сверху - с приводом штангового насоса, цилиндр насоса сообщен с внутрискважинным пространством через нагнетательный клапан, узел крепления верхней части патрубка изготовлен в виде сальникового уплотнения, выполненного с возможностью герметичного перемещения штока в нем, профилированная спираль жестко соединена с корпусом установлена внутри скважины, при этом не менее одной штанги ниже корпуса сепаратора снабжены скребками-центраторами, закручивающими добываемую продукцию вокруг штанг.
Новым является также то, что на наружной поверхности штанг с окнами выполнена продольная выборка, сообщенная с окнами.
Новым является также то, что внутренняя поверхность выборки и окон покрыта гидрофобным материалом.
На фиг. 1 изображена схема сепаратора в скважине.
На фиг. 2 изображено сечение А-А полой штанги в зоне окна.
Скважинный сепаратор штангового насоса содержит соединительную головку 1 (фиг. 1) с патрубком для отвода жидкости 2, корпус 3 сепаратора, верхняя часть которого соединена с соединительной головкой 1, и сепарирующий узел 4, установленный внутри корпуса 3 сепаратора и выполненный в виде полого шнека с профилированной спиралью, причем внутри шнека 4 размещен патрубок 5 с радиальными окнами 6 для пропуска жидкости, образующий с ним кольцевую полость 7. Соединительная головка 1 включает узел крепления 8 верхней части патрубка 5 для отвода жидкости по трубопроводу 9. Соединительная головка 1 изготовлена в виде герметизатора устья скважины 10 оснащенного патрубком 2 отвода отделившейся воды из добываемой насосом 11 продукции. Патрубок 5 с окнами 6 выполнен с возможностью регулируемого задвижкой 12 отвода отделившейся нефти и изготовлен сборным в виде полых штока 13 без окон и колонны штанг 14, соединенных муфтами 15, заглушенных пробкой 16 (или установкой вместо полых 14 цельных штанг - на фиг. 1 не показана) ниже окон 6 и соединенных снизу плунжером (на фиг. 1 не показан) штангового насоса 11, а сверху - с приводом штангового насоса (на фиг. 1 не
показан). Цилиндр насоса 11 сообщен с внутрискважинным пространством 17 через нагнетательный клапан (на фиг. 1 не показан). Узел крепления 8 верхней части патрубка 5 изготовлен в виде сальникового уплотнения, выполненного с возможностью герметичного перемещения штока 13 в нем. Профилированная спираль шнека 4 жестко соединена с корпусом 3 установлена внутри скважины 10. Не менее одной штанги 14 ниже корпуса 3 сепаратора снабжены скребками-центраторами 18 (аналогичными, как например в патентах: RU №2230886, ПМ RU №136481 и т.п.), закручивающими добываемую продукцию вокруг штанг 14. Если в продукции воды более 90%, то на наружной поверхности штанг 14 (фиг. 1 и 2) с окнами 6 для лучшего отбора нефти выполняют продольную выборку 19, сообщенную с окнами 6. Если в продукции воды более 95%, то на продольную выборку 19 и окна 6 наносят гидрофобный материал для интенсификации отделения нефти от воды.
Скважинный сепаратор штангового насоса работает следующим образом.
Существуют несколько известных способов размещения насоса 11 в скважине 10 (на новизну автор не претендует):
Во-первых, в скважину 10 (фиг. 1) до интервала установки на колонне лифтовых труб 20 спускают цилиндр с нагнетательным и всасывающим клапанами (не показаны) насоса 11, в который на полых штангах 14, соединенных муфтами 15, спускают плунжер насоса 11 до его установки внутри цилиндра насоса 11. В колонну лифтовых труб 21 спускают корпус 3 сепаратора с сепарирующим узлом 4, изготовленным в виде шнека с профилированной спиралью, и фиксируют корпус 3 на устье скважины 10 так, чтобы скребки-центраторы 18 располагались ниже корпуса 3.
Во-вторых, насос 11 (цилиндр с всасывающим и нагнетательным клапанами и плунжер), оснащенный якорем и пакером (не показаны) на полых штангах 14 и полых штагах 14 со скребками-центраторами 18„ соединенных муфтами 15, спускают в скважину 10. Фиксируют цилиндр насоса 11 в интервале установки скважины 10 якорем с пакером натягом, поворотом или другими технологическими операциями.
В-третьих, в скважину в интервал установки спускают на колонне труб 20 или устанавливают при помощи якоря и пакера (не показаны) седло насоса (не показзано). Цилиндр насоса 11 оснащают снизу ниппелем (не показан) под седло, и спускают насос 11 в скважину 10 на полых штангах 14 и полых штагах 14 со скребками-центраторами 18, соединенных муфтами 15 до герметичного взаимодействия седла и ниппеля.
Скребки-центраторы 18 рекомендуется устанавливать на штангах 14, чтобы не уменьшать площадь сечения между штангами стенками скважины 10 или колонной труб 20 и, следовательно, не увеличивать сопротивление потоку продукции.
Далее во всех случаях операции одинаковые.
Штанги 14 муфтой 15 соединяют с полым полированным штоком 13, и устанавливают сверху соединительную головку 1 (герметизатор устья) с патрубком 2 для отвода воды, пропуская через узел крепления 8 (сальниковое уплотнение) полированный шток 13. Соединительную головку 1 герметично соединяют с устьем скважины 10 и сообщают с трубопроводом 21 для отвода воды через задвижку 22. Шток 13 сверху соединяют с приводом (не показан) и сообщают трубопроводом 9 с регулирующей задвижкой 12. При спуске одну из штанг 14 оснащают изнутри пробкой 16, выше которой штанги 14 оснащены окнами 6. Общую длину колонны штанг 14 с онами 6 до пробки 16 определяют опытным путем, исходя из зависимости: чем больше воды в продукции, тем глубже в скважине 10 должна быть установлена пробка 16. Штанги 14 до корпуса 3 сепаратора с окнами 6 соединены муфтами 15, а штанги 14 - скребками-центраторами 18. Длину корпуса 1 с сепарирующим узлом 4 тоже определяют опытным путем, исходя из зависимости: чем больше воды в продукции, тем длиннее должен быть корпус 3. Скребки-центраторы 18 устанавливают так, чтобы соединительные резьбы (на фиг. 1 не показаны) муфт 15 работали всегда на заворот при ходе вверх и вниз штанг 14, исключая их отворот.
После установки скважинного сепаратора в скважине 10 привод передает возвратно-поступательное движение штоку 13, который проходя через сальниковое уплотнение 8 передает это движение штангам 14 с плунжером насоса 11. В результате добываемая продукция из насоса 11 поступает через нагнетательный клапан насоса 11 во внутрисква-жинное пространство 17 и по колонне труб 20 или по скважине 10 поднимается к устью скважины 10. Проходя мимо скребков-центраторов 18, поток продукции закручивается вокруг штанг 14, при этом более тяжелые капли воды отжимаются к колонне труб 20 или к стенкам скважины 10, а капли нефти - к штангам 14. Мелкие капли нефти и воды при вращении слипаются, увеличиваясь в размере под действием скребков-центраторов 18, капли нефти, проходя через окна 6, попадают внутрь штанг 14, вытесняя постепенно оттуда воду. Предварительная подготовленная скребками-центраторами 18 продукция поступает в корпус 3 сепаратора, где ее поток закручивается спиралью шнека 4 с различно скоростью (напротив муфт 15 скорость больше, напротив штанг 14 меньше), что позволяет интенсивно отделять нефть, которая, проходя вдоль штанг 14, через окна 6 попадает внутрь штанг 14, потом в полированный шток 13 и трубопровод 9 отвода нефти с задвижкой
12, которая регулирует обводненность отделившейся нефти. Если обводненность нефти выше требуемой (определяется технологическими потребностями для каждой скважины специалистами и периодически контролируется отбором проб), задвижку 12 слегка прикрывают вручную или в автоматическом режиме (подключая к механизму управления - не показан), а если ниже - задвижку 12 приоткрывают. Отделившаяся из продукции вода по стенкам корпуса 3 сепаратора попадает в герметизатор устья 1, патрубок 2 и через задвижку 22 в трубопровод 21 отвода воды. Задвижка 22 регулирует скорость потока продукции, проходящей через корпус 3 сепаратора.
Если в продукции воды более 90%, то на наружной поверхности штанг 14 (фиг. 2) с окнами 6 выполняют продольную выборку 19, сообщенную с окнами 6, по которой нефть лучше отводится из скважинного пространства 17, так как находится на меньшем расстоянии от оси штанг 14 и отжимаемая внутрь вращением нефть в ней более интенсивно собирается.
Если в продукции воды более 95%, то на продольную выборку 19 и окна 6 наносят гидрофобный материал (например: Disom-Hidrofugo и Disom-Yesair, испанской компании SODITE, S.A.; Антиплювиоль Mapei, Италия; Асолин-ВС, Асолин-ЦА, немецкой компании SHOM-BURG; MaksKLIR, MaksKLIR-D, испанской компании Drizoro; или т.п.) для улучшения отделения нефти и отталкивания воды от выборки 19 и окон 6, что значительно улучшает отделение нефти от воды.
Использование в последующих технологических операциях предварительно отделившейся в скважинном сепараторе нефть, значительно уменьшает материальные и энергетические затраты на обезвоживание продукции скважины.
Предлагаемая конструкция скважинного сепаратора штангового насоса проста и дешева в изготовлении и применении, при этом универсальна, так как может работать с продукцией, добываемой из скважины, с любым содержанием воды.