СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХ ПЛАСТОВ
DOWHNOLE PUMP UNIT FOR SIMULTANEOUS AND SEPARATE OPERATION OF TWO FORMATIONS

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным насосным установкам, и может быть использовано для одновременно-раздельной эксплуатации скважин с двумя пластами.
Известна насосная пакерная установка для одновременно-раздельной эксплуатации пластов скважины, содержащая спущенные в скважину на колонне труб насос, два пакера механического или гидравлического действия с кабельным вводом или без него, один из которых установлен выше верхнего пласта, а другой - между пластами. Насос выполнен с кожухом и размещен между пакерами или выше пакера, расположенного над верхним пластом. Кожух связан с пакером или с пакерами. Между кожухом и пакером размещен перепускной узел или газосепаратор либо струйный эжектор для стравливания газа. Насосная пакерная установка обеспечивает повышение надежности и функциональности работы и эффективности эксплуатации скважины с несколькими пластами (Патент RU №2296213 С2. Насосная пакерная установка для эксплуатации пластов скважины. - МПК: Е21В 43/14. - Опубл. 27.03.2007).
Известна скважинная пакерная установка, включающая колонну насосно-компрессорных труб, пакер и насос. В полости пакера установлено устройство для отвода газа, которое состоит из двух частей с образованием зоны сужения для отвода газа. Нижняя часть установлена в стволе пакера с образованием продольного перепускного канала, нижний конец которой выполнен с буртиком, расположенным ниже радиального перепускного канала пакера, и отделена от верхней его части верхним радиальным перепускным каналом, соединяющим продольный перепускной канал с верхней частью полости пакера (Патент RU №2459930 С1. Скважинная пакерная установка и устройство отвода газа для нее. - МПК: Е21В 43/00, Е21В 33/10. - Опубл. 27.08.2012).
Известна пакерная установка, включающая колонну насосно-компрессорных труб, пакер с кабельным вводом и насос. В стволе пакера выполнены верхние и нижние радиальные перепускные каналы. В полости пакера установлено устройство промывки насоса, которое содержит цилиндрическую вставку, состоящей из двух полых частей с образованием герметично разделенных продольных прямого и обратного каналов для промывки насоса (Патент RU №2454531 С1. Пакерная установка (варианты) и устройство промывки насоса для нее (варианты). - МПК: Е21В 43/00, Е21В 21/10. - Опубл. 27.06.2012).
Известна насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в одной скважине, содержащая колонну лифтовых труб, пакер, штанговый погружной насос с гидравлическим насадком для откачки продукта из верхнего пласта, соединенный плунжером с приводной штангой, размещенной в колонне лифтовых труб, последние сопряжены с цилиндром штангового насоса и заключены во втулке с боковым каналом, сообщающимся с входным каналом гидравлического насадка выше пакера, и электроприводной погружной насос с входным модулем для откачки продукта из нижнего пласта, электродвигатель которого герметично соединен с кабелем электропитания. На выходе электроприводного насоса установлен обратный клапан, сообщающийся с межтрубным пространством через канал, образованный между цилиндром штангового насоса и втулкой, на конце которой выполнен хвостовик (Патент RU №2339798 С2. Насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине. - МПК: Е21В 43/14. - Опубл. 27.11.2008).
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является скважинная насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, содержащая колонну лифтовых труб, пакер, втулку с хвостовиком, штанговый погружной насос с гидравлической насадкой, соединенный с приводной штангой, размещенной в колонне лифтовых труб, последние заключены во втулке с радиальным отверстием, сообщающимся с каналом гидравлической насадки выше пакера, и электроприводной насос с входным модулем и погружным электродвигателем. На выходе электроприводного насоса установлен обратный клапан, сообщающийся с колонной лифтовых труб через промежуточную трубу, струйный эжектор, установленный в гнезде стыковочной муфты и расположенный в хвостовике втулки, и полость, образованную между цилиндром штангового насоса и втулкой. В стыковочной муфте выполнены радиальные каналы на уровне зазора между торцами хвостовика и промежуточной трубы ниже пакера. Гидравлическая насадка установлена во втулке с помощью манжет с упором в буртик с внутренним диаметром, большим наружного диаметра струйного эжектора, и закреплена разжимной цангой с возможностью удаления штангового насоса и струйного эжектора из установки. Во втулке выполнен обводной канал, сообщающий объем ниже штангового насоса с межтрубным пространством выше пакера через полость между цилиндром штангового насоса и втулкой (Патент RU №2488689 С1. Скважинная насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов. - МПК: Е21В 43/14. - Опубл. 27.07.2013). Данная насосная установка принята за прототип.
Недостатком известных насосных установок является недостаточная эффективность эксплуатации скважины из-за сложности ее технологического обслуживания, требующей при смене режима эксплуатации скважины демонтажа насосной установки и удаления ее из скважины.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение устойчивой работы скважины с возможностью изменять режим эксплуатации скважины без демонтажа насосной установки и удаления ее из скважины, оперативно изменять режим работы.
Техническим результатом является повышение технологичности эксплуатации скважины.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной скважинной насосной установке для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, содержащей колонну лифтовых труб, пакер с кабельным вводом, возвратно-поступательный насос с приводной штангой для откачки продукта из верхнего пласта, и электроприводной центробежный насос с входным модулем и обратным клапаном для откачки продукта из нижнего пласта скважины, соединенный промежуточной трубой со стволом пакера, электродвигатель которого герметично соединен с кабелем электропитания от наземного пункта управления, и эжектор для стравливания газовой шапки из подпакерного межтрубного пространства с возможностью закрепления в установке разжимной цангой и удаления его канатом с помощью монтажного инструмента с захватом зацепной головки, выполненной на эжекторе, согласно предложенному техническому решению,
установка включает гидравлический коллектор, соединенный с одной стороны с колонной лифтовых труб, а с другой - со стволом пакера, в коллекторе выполнено центральное отверстие с внутренней проточкой, параллельно ему в стенке выполнены продольные каналы, между которыми в стенке симметрично проточке выполнены радиальные каналы, сообщающие центральное отверстие коллектора с надпакерным межтрубным пространством, при этом в коллекторе посредством разжимной цанги закреплен возвратно-поступательный насос, герметично установленный входом в центральном отверстии выше радиальных каналов с образованием в коллекторе выше посадочного места полости, сообщающейся с продольными каналами коллектора, с одной стороны, и, с другой, - с полостью колонны лифтовых труб, а ниже радиальных каналов коллектора в центральном отверстии устанавливаются эжектор или перепускной узел, замещающие друг друга при условии наличия или отсутствия газовой шапки в подпакерном межтрубном пространстве, выполненные с заглушкой, герметично перекрывающей центральное отверстие, при этом перепускной узел одновременно перекрывает и радиальные каналы, выполненные в стволе пакера ниже кольцевых манжет, разобщающие пласты скважины, а ниже заглушки в перепускном узле и эжекторе выполнены радиальные отверстия, сообщающие полость промежуточной трубы с продольными каналами коллектора, в последнем перепускной узел закрепляется посредством разжимной цанги с возможностью удаления с помощью каната и монтажного инструмента, для которого перепускной узел снабжен зацепной головкой;
она дополнительно снабжена приспособлением для промывки центробежного насоса, содержащем пробку, герметично устанавливаемую в центральном отверстии коллектора с образованием полости, сообщающейся с продольными каналами коллектора, с одной стороны, а с другой, - с полостью колонны лифтовых труб, и проходную втулку, сопряженную с пробкой и герметично устанавливаемую в стволе пакера, снаружи которой выполнена проточка, образующая полость, сообщающую подпакерное межтрубное пространство через радиальные каналы ствола пакера с радиальными каналами коллектора, для чего со стороны нижнего торца пробки выполнено глухое отверстие, сообщающееся с полостью проходной втулки, а в образовавшейся стенке пробки выполнены радиальные каналы и наружная проточка, сообщающиеся с одной стороны с полостью проходной втулки через глухое отверстие в пробке, а с другой - с надпакерным межтрубным пространством через радиальные каналы коллектора, при этом пробка снабжена зацепной головкой с возможностью удаления приспособления из насосной установки монтажным инструментом с помощью каната;
в качестве обратного клапана может быть установлен запорно-промывочный клапан циркуляционного типа.
Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной скважинной насосной установки для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявленное техническое решение может быть реализовано на любом предприятии машиностроения из общеизвестных материалов и эффективно использовано в нефтегазодобывающей отрасли. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
На фиг.1 представлена компоновка скважинной насосной установки для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов с перепускным узлом; на фиг.2 - то же, с эжектором для стравливания газовой шапки; на фиг.3 - то же, с приспособлением для промывки центробежного насоса.
Скважинная насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов содержит колонну лифтовых труб 1, пакер 2 с кабельным вводом, возвратно-поступательный насос 3 с приводной штангой 4 для откачки продукта из верхнего пласта I, и электроприводной центробежный насос 5 с входным модулем 6 для откачки продукта из нижнего пласта II скважины, соединенный с пакером 2 промежуточной трубой 7. Электродвигатель 8 центробежного насоса 5 герметично соединен с кабелем 9 электропитания от наземного пункта управления (условно не показан). На выходе центробежного насоса 5 установлен запорно-промывочный клапан 10 циркуляционного типа, соединенный промежуточной трубой 7 со стволом пакера 2. Между колонной лифтовых труб 1 и стволом пакера 2 установлен гидравлический коллектор 11, в котором выполнено центральное отверстие 12 с внутренней проточкой. В стенке коллектора 11 параллельно центральному отверстию 12 выполнены продольные каналы 13, между которыми симметрично внутренней проточке выполнены радиальные каналы 14, сообщающие центральное отверстие 12 коллектора 11 с надпакерным межтрубным пространством 15. В коллекторе 11 посредством разжимной цанги 16 закреплен возвратно-поступательный насос 3, последний герметично установлен входом в центральном отверстии 12 выше радиальных каналов 14 посредством манжет с образованием в коллекторе 11 выше посадочного места полости 17, сообщающейся с продольными каналами 13 коллектора 11 с одной стороны и с другой - с полостью колонны лифтовых труб 1. В стволе пакера 2 ниже кольцевых манжет, разобщающих пласты I и II скважины, выполнены радиальные каналы 18, сообщающиеся с подпакерным межтрубным пространством 19.
В зависимости от объемов выделяемого газа вместе с жидкостью нижним пластом II скважины и образования в подпакерном межтрубном пространстве 19 газовой шапки 20 в насосной установке устанавливаются замещающие друг друга либо перепускной узел 21 для прямоточного откачивания флюида центробежным насосом 5 из нижнего пласта II, либо эжектор 22 для одновременного откачивания флюида центробежным насосом 5 из нижнего пласта II и стравливания газовой шапки 20 из подпакерного межтрубного пространства 19.
При условии отсутствия или наличия в подпакерном межтрубном пространстве 19 газовой шапки 20 в насосной установке ниже радиальных каналов 14 коллектора 11 устанавливается перепускной узел 21, перекрывающий радиальные каналы 18 в стволе пакера 2 посредством манжет, установленных на перепускном узле 21 по обе стороны от радиальных каналов 18. Перепускной узел 21 снабжен заглушкой 23, снаружи которой, симметрично внутренней проточке в центральном отверстии 12 коллектора 11, выполнена проточка, герметично перекрывающей посредством манжет центральное отверстие 12, образуя совместно с возвратно-поступательным насосом 3 полость, сообщающуюся через радиальные каналы 14 с надпакерным межтрубным пространством 15. В перепускном узле 21 ниже заглушки 23 выполнены радиальные отверстия 24, сообщающие полость промежуточной трубы 7 с продольными каналами 13 коллектора 11 через полость перепускного узла 21, последний закрепляется в коллекторе 11 разжимной цангой 25 с возможностью удаления его канатом 26 с помощью монтажного инструмента 27 с захватом зацепной головки 28, выполненной на заглушке 23 проходной втулки 21 (Фиг.1).
При превышении в подпакерном межтрубном пространстве 19 допустимого объема газовой шапки 20 в центральном отверстии 12 ниже радиальных каналов 14 коллектора 11 устанавливается эжектор 22 для стравливания газовой шапки 20, который радиальными каналами подвода газа к входу в камеру смешения совмещается с радиальными каналами 18 в стволе пакера 2. Эжектор 22 снабжен заглушкой 23, снаружи которой, симметрично внутренней проточке в центральном отверстии 12 коллектора 11, выполнена проточка. Заглушка 23 герметично перекрывает посредством манжет центральное отверстие 12, образуя совместно с возвратно-поступательным насосом 3 полость, сообщающуюся через радиальные каналы 14 с надпакерным межтрубным пространством 15. В эжекторе 22 ниже заглушки 23 выполнены радиальные отверстия 29, сообщающие камеру смешения газа с жидкостью в эжекторе 22 с продольными каналами 13 коллектора 11. Эжектор 22 закрепляется в коллекторе 11 разжимной цангой 30 и возможностью удаления его канатом 26 с помощью монтажного инструмента 27 с захватом зацепной головки 28, выполненной на эжекторе 22. (Фиг.2).
Скважинная насосная установка дополнительно снабжена приспособлением для промывки центробежного насоса, содержащем пробку 31, герметично устанавливаемую в центральном отверстии 12 коллектора 11 с образованием в коллекторе 11 выше посадочного места обводного канала 32, сообщающейся с продольными каналами 13 коллектора 11, с одной стороны, а с другой, - с полостью колонны лифтовых труб 1, и проходную втулку 33, сопряженную с пробкой 31 и герметично устанавливаемую в стволе пакера 2 посредством манжет, расположенных ниже радиальных каналов 18. Снаружи проходной втулки 33 выполнена проточка, образующая совместно с коллектором 11 и стволом пакера 2 полость 34, сообщающую подпакерное межтрубное пространство 19 через радиальные каналы 18 ствола пакера 2 с продольными каналами 13 коллектора 11. Со стороны нижнего торца пробки 31 выполнено глухое отверстие 35, сообщающееся с полостью проходной втулки 33. В образовавшейся стенке пробки 31 выполнены радиальные каналы 36 и наружная проточка, сообщающиеся с одной стороны с полостью проходной втулки 33 через глухое отверстие 35 в пробке 31, а с другой - с надпакерным межтрубным пространством 15 через радиальные каналы 14 коллектора 11. Пробка 31 снабжена зацепной головкой 28 с возможностью удаления приспособления из насосной установки монтажным инструментом 27 с помощью каната 26 (Фиг.3).
В зависимости от объемов выделяемого газа вместе с жидкостью нижним пластом II скважины скважинная насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов работает следующим образом.
Насосную установку в сборе, включающую электроприводной центробежный насос 5, соединенный промежуточной трубой 7 с пакером 2, выполненным с кабельным вводом, коллектором 11 и кабелем 9, спускают в определенный интервал скважины на колонне лифтовых труб 1 и закрепляют пакером 2.
При отсутствии или наличии в допустимом объеме в подпакерном межтрубном пространстве 19 газовой шапки 20 в насосную установку через колонну лифтовых труб 1 с помощью каната 26, монтажного инструмента 27 и зацепной головки 28 на заглушке 23 спускают перепускной узел 21, последний устанавливают заглушкой 23 в центральном отверстии 12 коллектора 11 ниже радиальных каналов 14 и самопроизвольно закрепляется в коллекторе 11 разжимной цангой 25, перекрывая собой радиальные каналы 18 в стволе пакера 2. Затем в насосную установку через колонну лифтовых труб 1 на приводной штанге 4 спускают возвратно-поступательный насос 3, последний входом устанавливают в центральном отверстии 12 коллектора 11 выше радиальных каналов 14 и самопроизвольно закрепляют в коллекторе 11 разжимной цангой 16.
После монтажа насосной установки в скважине, одновременно или раздельно либо поочередно запускают в работу возвратно-поступательный насос 3 от наземного привода (не показан) возвратно-поступательным движением штанги 4 в колонне лифтовых труб 1 и электроприводной центробежный насос 5 подачей электропитания электродвигателю 8 по кабелю 9. Поток флюида, нагнетаемый электроприводным центробежный насосом 5 из нижнего пласта II через запорно-промывочный клапан 10 и промежуточную трубу 7, с напором проходит через полость и радиальные отверстия 24 перепускного узла 21, продольные каналы 13 коллектора 11, полость 17 между возвратно-поступательным насосом 3 и коллектором 11, в полость колонны лифтовых труб 1. Поток флюида из верхнего пласта I, проходя через надпакерное межтрубное пространство 15, радиальные каналы 14 и полость в центральном отверстии 12 коллектора 11, всасывается возвратно-поступательным насосом 3 и нагнетается в полость колонны лифтовых труб 1, в последней флюиды пластов I и II смешиваются и поднимаются на поверхность скважины.
При превышении в подпакерном межтрубном пространстве 19 допустимого объема газовой шапки 20 из установки последовательно удаляются возвратно-поступательный насос 3 с помощью приводной штанги 4 и перепускной узел 21 с помощью каната 26 и монтажного инструмента 27 с захватом зацепной головки 28 на заглушке 23 перепускного узла 21. Затем в насосную установку через колонну лифтовых труб 1 с помощью каната 26, монтажного инструмента 27 и зацепной головки 28 на заглушке 23 спускают эжектор 22, последний устанавливают заглушкой 23 в центральном отверстии 12 коллектора 11 ниже радиальных каналов 14. Эжектор 22 радиальными каналами подвода газа к входу в камеру смешения совмещается с радиальными каналами 18 в стволе пакера 2 и самопроизвольно закрепляется в коллекторе 11 разжимной цангой 30. Затем в насосную установку через колонну лифтовых труб 1 на приводной штанге 4 спускают возвратно-поступательный насос 3, последний входом устанавливают в центральном отверстии 12 коллектора 11 выше радиальных каналов 14 и самопроизвольно закрепляют в коллекторе 11 разжимной цангой 16.
После монтажа насосной установки в скважине, одновременно или раздельно либо поочередно запускают в работу возвратно-поступательный насос 3 от наземного привода (не показан) возвратно-поступательным движением штанги 4 в колонне лифтовых труб 1 и электроприводной центробежный насос 5 подачей электропитания электродвигателю 8 по кабелю 9. Поток флюида, нагнетаемый электроприводным центробежный насосом 5 из нижнего пласта II через запорно-промывочный клапан 10 и промежуточную трубу 7, с напором входит в сопло эжектора 22. Сопло эжектора 22, создавая разрежение перед его камерой смешения, увлекает за собой сепарированный газ из газовой шапки 20 через радиальные каналы 18 в стволе пакера 2, поступает в камеру смешения эжектора 22, где происходит смешение флюида с сепарированным газом, после чего смесь поступает через радиальные отверстия 29 в эжекторе 22, продольные каналы 13 в коллекторе 11 и полость 17 между возвратно-поступательным насосом 3 и коллектором 11, в полость колонны лифтовых труб 1. Поток флюида из верхнего пласта I, проходя через надпакерное межтрубное пространство 15, радиальные каналы 14 и полость в центральном отверстии 12 коллектора 11, всасывается возвратно-поступательным насосом 3 и нагнетается в полость колонны лифтовых труб 1, в последней флюиды пластов I и II смешиваются и поднимаются на поверхность скважины.
При необходимости промывки электроприводного центробежного насоса 5 скважинной насосной установки из установки через колонну лифтовых труб 1 последовательно удаляются возвратно-поступательный насос 3 с помощью приводной штанги 4 и перепускной узел 21 или эжектор 22 с помощью каната 26 и монтажного инструмента 27 с захватом зацепной головки 28 на заглушке 23. Затем в насосную установку через колонну лифтовых труб 1 с помощью каната 26, монтажного инструмента 27 и зацепной головки 28 на пробке 31 спускают приспособление для промывки электроприводного центробежного насоса 5 и герметично устанавливают пробкой 31 в центральном отверстии 12 коллектора 11 и проходной втулкой 33 в стволе пакера 2 с возможностью сообщения наружной проточки на проходной втулке 33 с радиальными каналами 18 в стволе пакера 2.
После монтажа приспособления для промывки электроприводного центробежного насоса 5 последний запускают в работу подачей электропитания электродвигателю 8 по кабелю 9. В этом случае промывочная жидкость подается через колонну лифтовых труб 1, которая проходит через обводной канал 32, образованный между пробкой 31 и коллектором 11, продольные каналы 13 в коллекторе 11, полость 34, образованную совместно проточкой на проходной втулке 33 с коллектором 11 и стволом пакера 2, радиальные каналы 18 в стволе пакера 2 в подпакерное межтрубное пространство 19. Затем промывочная жидкость из подпакерного межтрубного пространства 19 поступает во входной модуль 6 электроприводного центробежного насоса 5, последний нагнетает жидкость через запорно-промывочный клапан 10 в промежуточную трубу 7, проходную втулку 33, глухое отверстие 35 и радиальные каналы 36 в пробке 31 и радиальные каналы 14 в коллекторе 11 в надпакерное межтрубное пространство 15 и далее на поверхность скважины. После промывки электроприводного насоса 11 приспособление удаляют захватом за головку 28 на пробке 31 монтажным инструментом 27 с помощью каната 26. Таким образом обеспечивается промывка центробежного насоса 5 без извлечения колонны лифтовых труб, пакера и центробежного насоса 5 с кабелем 9 в процессе эксплуатации скважины.
Использование предложенной скважинной насосной установки для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов позволит значительно повысить эффективность эксплуатации скважин. Предлагаемая технология одновременно-раздельной добычи продукта на месторождениях с разнородными пластами соответствует требованиям Правил охраны недр, утвержденным постановлением Госгортехнадзора РФ №71 от 06 июня 2003 г.