УСТАНОВКА СКВАЖИННАЯ ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ С НАСОСОМ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ
PUMPING ROD BOREHOLE PLANT WITH DOUBLE-ACTING PUMP

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин.
Известна «Насосная система двойного действия» (патент US №5497832, МПК Е21В 43/38, Е21В 43/40 от 12.03.1996 г.), содержащая обсадную колонну с двумя вскрытыми пластами, насос, спускаемый на колонне труб, расположенной в обсадной колонне с образованием межтрубного пространства между ними, которое разобщено пакером, расположенным между вскрытыми пластами, причем насос снабжен плунжером, нагнетательным клапаном и поршнем, соединенным с плунжером, выполненными с возможностью возвратно-поступательного движения, верхним и нижним входными отверстиями с всасывающими клапанами, расположенными выше пакера и соответственно выше и ниже поршня, при этом выход насоса сверху посредством колонны труб сообщен через нагнетательный клапан с устьем скважины, а снизу - через нижний нагнетательный клапан с подпакерным пространством. Такое выполнение установки позволяет значительную часть попутной воды закачивать в нижележащий вскрытый скважиной пласт без подъема ее на поверхность, тем самым значительно снизить себестоимость нефти.
Недостатком известного устройства является то, что параметры насосного оборудования подбираются под заданную обводненность продукции скважины, и при эксплуатации процентное отношение количества жидкости, поднимаемой на устье, и количества жидкости, закачиваемой в нижележащий пласт, остается неизменным. Однако в процессе эксплуатации скважины обводненность ее продукции может измениться. При этом при увеличении обводненности продукции увеличится количество воды, поднимаемой с нефтью на поверхность, что снизит эффективность эксплуатации, а при уменьшении обводненности некоторое количество нефти вместе с водой будет закачиваться в нижележащий пласт, что приведет к потере в добыче нефти и снижению приемистости нижележащего пласта.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является «Установка скважинная штанговая насосная с насосом двойного действия» (патент RU №2364708, МПК Е21В 43/00, Е21В 43/38, опубл. бюл. №23 от 20.08.2009 г.), содержащая обсадную колонну с двумя вскрытыми пластами, насос, спускаемый на колонне труб, расположенной в обсадной колонне с образованием межтрубного пространства между ними, которое разобщено пакером, расположенным между вскрытыми пластами, причем насос снабжен плунжером, нагнетательным клапаном и поршнем, выполненными с возможностью возвратно-поступательного движения, верхним и нижним входными отверстиями с всасывающими клапанами, расположенными выше пакера и соответственно выше и ниже поршня, при этом выход насоса сверху посредством колонны труб сообщен через нагнетательный клапан с выкидной линией устья скважины, а снизу - через нижний нагнетательный клапан с подпакерным пространством, при этом поршень выполнен свободным с возможностью взаимодействия сверху с плунжером и ограниченного возвратно-поступательного перемещения, а плунжер снизу оснащен штоком, вставленным в поршень с возможностью ограниченного возвратно-поступательного перемещения.
Недостатком известной установки является отсутствие контроля качества и количества воды, закачиваемой насосом в нижележащий пласт, что снижает эффективность эксплуатации скважины, поскольку с целью исключения возможной закачки нефти вместе с водой в нижний пласт необходимо поднимать нефть на поверхность с достаточно высоким содержанием воды, а отсутствие фактических данных по объемам закачиваемой воды и вследствие этого фактического притока жидкости из продуктивного пласта в скважину, затрудняет планирование и проведение геолого-технических мероприятий.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности эксплуатации обводненных скважин за счет обеспечения непосредственного контроля качества и количества воды, закачиваемой насосом в нижележащий пласт скважины.
Указанная техническая задача решается установкой скважинной штанговой насосной с насосом двойного действия (далее - установкой), содержащей обсадную колонну с двумя вскрытыми пластами, насос, спускаемый на колонне труб, расположенной в обсадной колонне с образованием межтрубного пространства между ними, которое разобщено пакером, расположенным между вскрытыми пластами, причем насос снабжен плунжером, нагнетательным клапаном и поршнем, выполненными с возможностью возвратно-поступательного движения, верхним и нижним входными отверстиями с всасывающими клапанами, расположенными выше пакера и соответственно выше и ниже поршня, при этом выход насоса сверху посредством колонны труб сообщен через нагнетательный клапан с выкидной линией устья скважины, а снизу - через нижний нагнетательный клапан с подпакерным пространством, при этом поршень выполнен свободным с возможностью взаимодействия сверху с плунжером и ограниченного возвратно-поступательного перемещения, а плунжер снизу оснащен штоком, вставленным в поршень с возможностью ограниченного возвратно-поступательного перемещения.
Новым является то, что в обсадной колонне дополнительно размещена трубка с обратным клапаном, сообщающая полость насоса между поршнем и нижним нагнетательным клапаном с выкидной линией через запорный орган и устьевое измерительное оборудование.
На фиг.1 схематично показан общий вид установки, на фиг.2 - то же, при крайнем верхнем расположении плунжера и поршня.
Установка (см. фиг.1) содержит обсадную колонну 1 с двумя вскрытыми пластами 2 и 3, насос 4, спускаемый на колонне труб 5, расположенной в обсадной колонне 1 с образованием межтрубного пространства 6 между ними, которое разобщено пакером 7, расположенным между вскрытыми пластами 2 и 3. Насос 4 снабжен плунжером 8, нагнетательным клапаном 9 и поршнем 10, выполненными с возможностью возвратно-поступательного движения, верхним 11 и нижним 12 входными отверстиями, расположенными выше пакера 7 и соответственно выше и ниже поршня 10. Верхнее 11 и нижнее 12 входные отверстия снабжены всасывающими клапанами соответственно 13 и 14. Выход насоса 4 сверху посредством колонны труб 5 сообщен через нагнетательный клапан 9 с выкидной линией 15 устья 16 скважины 17, а снизу - через нижний нагнетательный клапан 18 с подпакерным пространством 19.
Поршень 10 расположен в цилиндре 20 насоса 4 свободно с возможностью ограниченного возвратно-поступательного движения. Сверху движение поршня 10 ограничивается плунжером 8, а снизу, например, втулкой 21, не позволяющей поршню 10 выйти из цилиндра 20. Плунжер 8 снизу оснащен штоком 22, который помещен в полость 23 поршня 10 с возможностью ограниченного (например, с помощью утолщения 24 на нижнем конце штока 22, диаметр которого больше диаметра отверстия 25 в верхнем торце поршня 10) возвратно-поступательного перемещения поршня 10 относительно штока 22.
Параллельно колонне труб 5 в обсадной колонне 1 размещена трубка 26 с обратным клапаном 27, сообщающая полость 28 насоса 4 между поршнем 10 и нижним нагнетательным клапаном 18 с выкидной линией 15 через запорный орган 29 и устьевое измерительное оборудование 30.
Установка работает следующим образом.
При монтаже установки на скважине 17 спуск колонны штанг 31 с присоединенным к ней плунжером 8 с поршнем 10 производят до упора плунжера 8 через поршень 10 во втулку 21. Затем колонну штанг 31 немного приподнимают и подгоняют ее длину таким образом, чтобы в крайнем нижнем положении колонны штанг 31 во время работы установки исключить стук поршня 10 о втулку 21, после чего установку пускают в работу. Обводненная продукция из вскрытого продуктивного пласта 2 поступает в межтрубное пространство 6 обсадной колонны 1. Нефть 32, имеющая меньшую плотность, всплывает вверх, при этом в нижней части межтрубного пространства 6 между вскрытым продуктивным пластом 2 и пакером 7 всегда будет находиться вода 33, имеющая большую плотность. Привод установки (на фиг.1 не показан) сообщает колонне штанг 31 и присоединенным к ней плунжеру 8 с поршнем 10 возвратно-поступательное движение.
В начале хода колонны штанг 31 вверх плунжер 8 насоса 4 начнет перемещаться вверх относительно цилиндра 20 и расположенного в нем поршня 10. При этом в полости 34 цилиндра 20 между плунжером 8 и поршнем 10 давление станет меньше, чем давление жидкости в полости 35 цилиндра 20 под поршнем 10, которое в данный момент равно давлению высоты столба жидкости в межтрубном пространстве 6, поскольку это давление действует на поршень 10 снизу через нижнее входное отверстие 12 и открывающийся всасывающий клапан 14. Таким образом, при ходе плунжера 8 вверх поршень 10 под действием перепада давлений над и под ним будет следовать за плунжером 8 вверх, при этом в полость 35 цилиндра 20 под поршнем 10 через нижнее входное отверстие 12 и открытый всасывающий клапан 14 поступает вода 33.
Поршень 10 поднимается за плунжером 8 до тех пор, пока полость 34 (см. фиг.2) не сообщится с верхним входным отверстием 11, после чего плунжер 8 продолжает движение вверх, а поршень 10 останавливается, так как давление жидкости над и под ним выравнивается и становится равным высоте столба жидкости в межтрубном пространстве 6. При дальнейшем ходе плунжера 8 вверх объем полости 34 увеличивается, и в нее через верхнее входное отверстие 11 и открытый всасывающий клапан 13 под действием давления жидкости в межтрубном пространстве 6 поступает нефть 32 до тех пор, пока плунжер 8 не остановится в крайнем верхнем положении. Всасывающие клапаны 13 и 14 входных отверстий 11 и 12 закрываются.
Затем колонна штанг 31 с плунжером 8 начинает перемещение вниз. Давления жидкости в полости 36 цилиндра 20 над плунжером 8, а также в полостях 34 и 35, расположенных соответственно над и под поршнем 10, сравниваются, и при дальнейшем ходе плунжера 8 вниз открывается нагнетательный клапан 9. Жидкость из полости 34 перетекает через осевой канал 37 плунжера 8 в полость 36 цилиндра 20. Поршень 10 пока остается на месте, поскольку для его движения вниз необходимо открытие нижнего нагнетательного клапана 18, чему препятствует действующее на него снизу пластовое давление нижнего пласта 3.
Далее плунжер 8 (см. фиг.1) доходит до поршня 10 и под действием веса колонны штанг 31 перемещает его вниз. При этом за счет веса колонны штанг 31 под поршнем 10 создается давление, превышающее пластовое давление нижнего пласта 3. Нижний нагнетательный клапан 18 открывается, и вода 33, поступившая через нижнее входное отверстие 12 в полость 28 насоса 4 при предыдущем ходе колонны штанг 31 вверх, под действием этого давления нагнетается в подпакерное пространство 19 и задавливается в нижний пласт 3.
Таким образом, при работе установки основное количество воды 33, поступающей в скважину 17 вместе с нефтью 32 из продуктивного пласта 2, закачивается в нижний пласт 3, а вся нефть 32 с некоторым количеством воды 33 поднимается по колонне труб 5 к устью 16 и далее в выкидную линию 15.
Если принять всю длину хода плунжера 8 за 100%, то при эксплуатации скважины, в которой из продуктивного пласта поступает жидкость с содержанием воды, например 80%, плунжер 8 необходимо расположить в цилиндре 20 таким образом, чтобы нижний конец плунжера 8 мог перемещаться относительно верхнего входного отверстия 11 вниз не более чем на 80% и вверх не менее чем на 20% длины хода плунжера 8.
В процессе эксплуатации скважины 17 обводненность поступающей из продуктивного пласта 2 жидкости и, соответственно, поступающей в выкидную линию 15 продукции может измениться. При увеличении обводненности необходимо уменьшить расстояние, на которое нижний конец плунжера 8 перемещается вверх относительно верхнего входного отверстия 11, и соответственно увеличить расстояние, на которое нижний конец плунжера 8 перемещается относительно верхнего входного отверстия 11 вниз, что достигается приспуском колонны штанг 31 вниз. В результате большее количество воды 33 будет закачиваться в нижележащий пласт 3 и меньшее количество жидкости, но и с меньшей обводненностью, будет подниматься на поверхность. При этом производительность отбора жидкости из продуктивного пласта 2 не изменится.
При снижении обводненности поднимаемой на поверхность продукции колонну штанг 31 необходимо приподнять, количество жидкости, поднимаемой к устье 16, увеличится, количество же воды 33, закачиваемой в нижележащий пласт 3, уменьшится.
В процессе работы установки возможно некоторое увеличение сил трения при взаимодействии поверхностей плунжера 8 и поршня 10 с цилиндром 20 вследствие, например, повышения содержания мехпримесей в продукции пласта 2 и подклинивание поршня 10. В этом случае при начале хода вверх плунжера 8 поршень 10, подклинившийся в цилиндре 20, остается на месте, так как перепада давления может быть недостаточно для перемещения поршня 10 вслед за плунжером 8. Шток 22 перемещается вверх в полости 23 поршня 10 до тех пор, пока утолщение 24 на нижнем конца штока не дойдет до верхнего торца поршня 10, при этом в увеличенной в объеме полости 34 образуется разряжение, поскольку она ничем не может быть заполнена. После этого поршень 10 стронется с места, так как диаметр отверстия 25 меньше диаметра утолщения 24. Далее, если стронутому с места поршню 10 больше ничего не мешает перемещаться, он под действием перепада давлений переместится вверх до плунжера 8, или, если еще что-либо препятствует его перемещению вверх и перепада давления для этого не хватает, поршень 10 будет перемещаться вверх утолщением 24 на нижнем конце штока 22 на некотором расстоянии от плунжера 8, определяемом длиной штока 22, то есть будет перемещаться вверх вместе с образовавшейся разряженной полостью 34. При сообщении полости 34 с верхним входным отверстием 11 всасывающий клапан 13 под действием давления жидкости в межтрубном пространстве 6 откроется, и в полость 34 поступит нефть 32.
Далее циклы работы установки повторяются.
Дополнительно размещенная в скважине 17 трубка 26 позволяет осуществлять контроль над качеством и количеством закачиваемой в нижний пласт 3 воды 33, для чего во время работы установки запорный орган 29 открывают, и вода 33, поступающая из межтрубного пространства 6 через нижнее входное отверстие 12 в полость 28 насоса 4 при ходе колонны штанг 31 вверх, при ходе поршня 10 под действием веса колонны штанг 31 вниз нагнетается через обратный клапан 27 в трубку 26, откуда через открытый запорный орган 29 поступает в устьевое измерительное оборудование 30, например в пробоотборник, с последующим лабораторным анализом пробы воды на наличие в ней нефти, и (или) в проточный анализатор нефти в воде (на фиг.1 не показаны) с передачей показаний о концентрации нефти в воде на диспетчерский пульт, и далее в устьевой расходомер (на фиг.1 не показан), после которого поступает в выкидную линию 15. По сумме показаний устьевого расходомера и снятых ранее показаний расходомера групповой замерной установки (на фиг.1 не показана), куда нефть поступает из выкидной линии 15, определяют количество жидкости, отбираемое из продуктивного пласта 2 при эксплуатации скважины.
Обратный клапан 27 исключает слив воды из трубки 26 в полость 28 при ходе поршня 10 вверх.
Использование предлагаемой установки скважинной штанговой насосной с насосом двойного действия позволяет повысить эффективность добычи нефти за счет обеспечения непосредственного контроля качества и количества воды, закачиваемой насосом в нижний пласт скважины, поскольку позволит увеличить количество закачиваемой воды и снизить обводненность поднимаемой на поверхность нефти, а информация о фактическом количестве закачиваемой воды позволяет определить фактический приток жидкости из продуктивного пласта и более качественно планировать и проводить геолого-технические мероприятия, направленные на повышение добычи нефти.