Двухлифтовая установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной для условий, осложненных содержанием механических примесей и свободного газа в продукции верхнего объекта

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к добыче нефти двухлифтовой установкой при одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной, в частности к устройству для защиты штангового насоса, добывающего продукцию из верхнего объекта, от засорения механическими примесями и влияния свободного газа, содержащихся в продукции верхнего продуктивного пласта.
Известна установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, включающая основной и дополнительный приводы, пакер, установленный между верхним и нижним продуктивными пластами, основную, сообщенную с подпакерным пространством скважины, и дополнительную, сообщенную с надпакерным пространством скважины, лифтовые трубы со штанговыми насосами, закрепленными на устье скважины двухствольной арматурой, содержащей фланец с устьевыми сальниками, снабженный отверстиями для крепления к устью скважины трубодержатель основных лифтовых труб, оснащенный резьбой, и трубодержатель дополнительных лифтовых труб с верхней и нижней резьбами, изготовленный в виде полой резьбовой втулки, которая выполнена с возможностью герметичной фиксации непосредственно во втором канале фланца. Установка оснащена также параллельным якорем, установленным на обеих лифтовых трубах и выполненным с возможностью фиксации их относительно друг друга, при этом трубодержатель основных лифтовых труб двухствольной арматуры выполнен в виде резьбы непосредственно снизу фланца. Герметизирующие головки могут быть выполнены различной высоты относительно фланца, а основной и дополнительный приводы могут быть установлены соответственно на основаниях различной высоты для упрощения их установки и регулирования. Дополнительные лифтовые трубы могут быть выполнены с возможностью отсоединения от параллельного якоря натяжением с поворотом по часовой. Сальники герметизирующих головок могут быть снабжены шарнирным соединением, позволяющим отклоняться им от вертикали в процессе установки и работы приводов. Пакер может быть выполнен с возможностью фиксации и натяжения основных лифтовых труб (патент RU № 72720, опубл. 27.04.2008).
Недостатком данной установки является отсутствие защиты от засорения штангового насоса в случае выноса из верхнего продуктивного пласта механических примесей и свободного газа в продукции верхнего продуктивного пласта, что приводит к выходу из строя установки, необходимости проведения подземного ремонта.
Наиболее близкой по технической сущности является двухлифтовая установка для одновременно раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной в условиях, осложненных выносом механических примесей из верхнего продуктивного пласта, включающая основной и дополнительный приводы, пакер, установленный между верхним и нижним продуктивными пластами, основную, сообщенную с подпакерным пространством скважины, и дополнительную, сообщенную с надпакерным пространством скважины, колонны лифтовых труб со штанговыми насосами, закрепленными на устье скважины двухствольной арматурой, параллельный якорь, установленный на обеих колоннах лифтовых труб и выполненный с возможностью фиксации их относительно друг друга. При этом дополнительная колонна лифтовых труб оборудована патрубком с фильтрационными отверстиями, двумя или тремя насосно-компрессорными трубами, выполняющими роль шламосборника, и заглушкой в виде диска, установленной в муфтовом соединении (патент RU № 181346, опубл. 14.05.2019). Устройство для защиты штангового насоса, добывающего продукцию из верхнего объекта, от засорения механическими примесями, находящимися в продукции верхнего продуктивного пласта, установлено ниже дополнительной колонны лифтовых труб между штанговым насосом и параллельным якорем.
Недостатком известного устройства является низкая надежность работы и производительность двухлифтовой установки для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной для условий, осложненных содержанием механических примесей и свободного газа в продукции верхнего объекта, из-за недостаточной защиты штангового насоса, добывающего продукцию из верхнего объекта, от засорения механическими примесями и влияния свободного газа, находящихся в продукции верхнего продуктивного пласта, что приводит к быстрому износу узлов штангового насоса верхнего объекта, низкой производительности штангового насоса из-за уменьшения коэффициента наполнения в условиях наличия большого содержания свободного газа и механических примесей в продукции верхнего продуктивного пласта. Использование специализированного газопесочного якоря в условиях применения двухлифтовых компоновок затруднительно в связи с ограничением габаритов оборудования. Размещение патрубка в нижней части дополнительной колонны, а перфорационных отверстий ниже приема насоса, не исключают проникание пузырьков газа через перфорационные отверстия вместе с добываемой жидкостью, подъем газа внутри насосно-компрессорных труб хвостовика и попадания в насос. Одинаковая площадь внутреннего сечения насосно-компрессорных труб от перфорационных отверстий до приема насоса не позволяет изменить скорость всплытия пузырьков газа или осаждения механических примесей. Конструкция шламосборника с глухой дисковой заглушкой со временем наполняется механическими примесями, которые попадают в насос, что требует остановки скважины и проведения ремонтных работ.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы и производительности двухлифтовой установки для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной для условий, осложненных содержанием механических примесей и свободного газа в продукции верхнего объекта. А также расширение функциональных возможностей устройства.
Техническая задача решается двухлифтовой установкой для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной для условий, осложненных содержанием механических примесей и свободного газа в продукции верхнего объекта, включающей основной и дополнительный приводы, пакер, установленный между верхним и нижним продуктивными пластами, основную, сообщенную с подпакерным пространством скважины, и дополнительную, сообщенную с надпакерным пространством скважины, колонны лифтовых труб со штанговыми насосами, закрепленными на устье скважины двухствольной арматурой, параллельный якорь, установленный на обеих колоннах лифтовых труб и выполненный с возможностью фиксации их относительно друг друга, дополнительная колонна лифтовых труб снабжена патрубком с фильтрационными отверстиями, двумя или тремя насосно-компрессорными трубами, выполняющими роль шламосборника, и заглушкой в виде диска, установленной в муфтовом соединении.
Новым является то, что в качестве скважинного насоса дополнительной колонны используется вставной штанговый насос с верхним креплением замковой опоры, а патрубок с фильтрационными отверстиями установлен непосредственно ниже замковой опоры, прием вставного насоса дополнительно оборудован сквозным патрубком длиной 0,5 м и наружным диаметром меньшим наружного диаметра цилиндра вставного насоса, причем расстояние от нижних фильтрационных отверстий до низа сквозного патрубка составляет не менее 3 м, в заглушке установлен клапан для сброса механических примесей, оседающих в шламосборнике, над пакером установлена дополнительная манжета, предотвращающая присыпание пакера механическими примесями.
На фигуре схематично изображена двухлифтовая установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной для условий, осложненных содержанием механических примесей и свободного газа в продукции верхнего продуктивного пласта.
Двухлифтовая установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной для условий, осложненных содержанием механических примесей и свободного газа в продукции верхнего объекта, включает основной 1 и дополнительный 2 приводы, пакер 3, установленный между верхним 4 и нижним 5 продуктивными пластами, основную 6, сообщенную с подпакерным пространством скважины, и дополнительную 7, сообщенную с надпакерным пространством скважины, колонны лифтовых труб со штанговыми насосами 8 и 9, закрепленными на устье скважины двухствольной арматурой 10, параллельный якорь 11, установленный на обеих колоннах лифтовых труб и выполненный с возможностью фиксации их относительно друг друга. Дополнительная 7 колонна лифтовых труб снабжена патрубком 12 с фильтрационными отверстиями 13, двумя или тремя насосно-компрессорными трубами 14, выполняющими роль шламосборника, и заглушкой 15 в виде диска, установленной в муфтовом  соединении 16. В качестве скважинного насоса дополнительной колонны используется вставной штанговый насос 9 с верхним креплением замковой опоры 17. Патрубок 12, например с фильтрационными отверстиями 13, например установлен непосредственно ниже замковой опоры 17 через муфтовое соединение, прием вставного насоса дополнительно оборудован сквозным патрубком 18 длиной 0,5 м и наружным диаметром меньшим наружного диаметра цилиндра вставного насоса 9. Учитывая габариты линейки вставных штанговых насосов по стандарту АНИ, сквозной патрубок 18 может изготавливаться из стандартной трубы внешним диаметром 1, 1 1/4 или 1 1/2 дюйма. Сквозной патрубок 18 имеет в верхней части наружную резьбу для соединения с держателем седла клапана вставного штангового насоса 9. Количество фильтрационных отверстий должно быть таким, чтобы обеспечить двукратное превышение суммарной площади фильтрационных отверстий над площадью сечения плунжера штангового насоса, что обеспечивает эффективную работоспособность даже при частичном забивании фильтрационных отверстий 13. Расстояние от нижней точки диаметра нижних фильтрационных отверстий 13 до низа сквозного патрубка 18 составляет не менее 3 м. Учитывая длину линейки вставных штанговых насосов по стандарту АНИ, ограничение по максимальному расстоянию не требуется. В заглушке 15 с помощью сварки установлен клапан 19 для сброса механических примесей, оседающих в шламосборнике. В качестве клапана 19 может использоваться любой пружинный клапан, срабатывающий при определенной нагрузке, создаваемой весом механических примесей, скапливающихся в шламосборнике. Над пакером 3 установлена дополнительная манжета 20, выполненная из резины, перекрывающая кольцевое пространство между колонной НКТ и эксплуатационной колонной, предотвращающая присыпание пакера механическими примесями, оседающими из верхнего продуктивного пласта или при сбросе из шламосборника.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает высокую надежность работы и производительность двухлифтовой установки для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной для условий, осложненных содержанием механических примесей и свободного газа в продукции верхнего объекта за счет исключения проникания пузырьков газа через перфорационные отверстия вместе с добываемой жидкостью и попадания в насос, обеспечения возможности изменения скорость всплытия пузырьков газа и осаждения механических примесей, исключение наполнения механических примесей в шламосборнике и попадание в насос, а следовательно, остановки скважины и проведения ремонтных работ.
Двухлифтовая установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной для условий, осложненных содержанием механических примесей и свободного газа в продукции верхнего объекта, работает следующим образом.
При работе штанговых насосов 8 и 9 происходит раздельный подъем добываемой жидкости по колоннам лифтовых труб 6 и 7 благодаря наличию пакера 3, разделяющего пласты 4 и 5. Крупные механические примеси, содержащиеся в продукции верхнего пласта 4, задерживаются фильтрационными отверстиями 13 патрубка 12. Более мелкие механические примеси, проходящие через фильтрационные отверстия 13, благодаря изменению направления потока жидкости осаждаются в шламосборнике, состоящем из двух или трех насосно-компрессорных труб 14 и заглушки 15 в виде диска, установленной в муфтовом соединении 16. Диаметр фильтрационных отверстий 13 и количество насосно-компрессорных труб 14 для шламосборника подбирают в зависимости от размера и количества механических примесей, выносимых из верхнего пласта 4.
При скапливании в шламосборнике осаждающихся механических примесей происходит срабатывание клапана 19 для сброса механических примесей, что позволяет повысить продолжительность работы насоса 9. При этом дополнительная манжета 20 предотвращает присыпание пакера 3 механическими примесями, оседающими из верхнего продуктивного пласта или при сбросе из шламосборника, что снижает риск аварии при подъеме установки в процессе проведения подземного ремонта.
В устройстве реализован принцип многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов разворота струй жидкости с газом, изменение скорости потока со сменой направления течения. При повороте потока жидкости с газом в зоне между насосом 9 и насосно-компрессорными трубами хвостовика 14 за счет разности плотности газа и жидкости происходит разделение потока. Более легкий газ под действием архимедовой силы поднимается по кольцевому зазору и далее через отверстия 13 в затрубное пространство скважины.
Наличие на приеме вставного насоса 9 сквозного патрубка 18 длиной 0,5 м и наружным диаметром меньшим наружного диаметра цилиндра вставного насоса 9 позволяет повысить эффективность сепарации пузырьков газа за счет увеличения площади кольцевого пространства. Расстояние от нижних фильтрационных отверстий 13 до низа сквозного патрубка 18 не менее 3 м позволяет обеспечить высокую степень сепарации от пузырьков газа.
Благодаря размещению патрубка 12 выше приема насоса 9 в установке реализован принцип многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов разворота струй жидкости, изменения скорости потока со сменой направления течения. При ходе всасывания штангового насоса поток жидкости проходит через фильтрационные отверстия 13 в зону между насосом 9 и НКТ. Более легкий газ под действием архимедовой силы поднимается по внутреннему пространству между насосом 9 и НКТ при ходе нагнетания и далее через отверстия 13 в межтрубное пространство скважины. В зоне между сквозным патрубком 18 и НКТ за счет увеличения площади проходного сечения происходит уменьшение скорости потока и повышение эффективности дегазации жидкости. На приеме сквозного патрубка 18 жидкость снова меняет направление, и за счет силы инерции, а также из-за разности плотностей жидкости и механических примесей, происходит оседание механических примесей в шламосборнике. Расстояние от нижних фильтрационных отверстий 13 до низа сквозного патрубка 18 не менее 3 м позволяет обеспечить максимальное всплытие пузырьков газа для имеющейся линейки вставных штанговых насосов и увеличить скорость механических примесей для осаждения в шламосборнике.
Полезная модель обеспечивает защиту штангового насоса, добывающего продукцию из верхнего объекта, от засорения механическими примесями и влияния свободного газа, тем самым повышает надежность работы и производительность двухлифтовой установки для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной в условиях, осложненных выносом механических примесей и свободного газа в продукции верхнего объекта, увеличивает межремонтный период работы скважины.