УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ
AGGREGATE FOR DUAL BED OPERATION IN WELL

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к скважинным насосным установкам, эксплуатирующим одновременно несколько объектов.
Известна насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации пластов (см. патент РФ №2482267, опубл. 20.05.2013, бюл. №14), содержащая систему регулирования дебитов пластов с помощью золотниковых клапанов с электроприводом.
Недостатками установки являются высокая сложность из-за наличия дополнительного пакера, двух золотниковых клапанов с электроприводами, низкий к.п.д., так как регулирование дебитов пластов производят штуцированием, низкий срок службы из-за размыва потоком золотников при штудировании.
Наиболее близка по своей технической сущности к предлагаемой установка, содержащая электроцентробежный насос, двигатель и входной узел которого помещены в кожух, сообщенный через хвостовик, имеющий несколько каналов, с пластами, разделенными пакерами, а в каждом канале установлен электроклапан для подключения и отключения пластов по сигналу от датчиков давления, установленных в этих каналах (см. патент РФ №2339795, опубл. 27.11.2008, бюл. №39).
Недостатком данной установки является сложность конструкции из-за необходимости установки клапана с кабелем для подвода к ним электропитания.
Техническими задачами, решаемыми предлагаемой установкой, являются упрощение и удешевление конструкции за счет исключения электрических или гидравлических клапанов и линий для управления ими.
Указанные технические задачи решаются установкой для одновременно-раздельной эксплуатации пластов в скважине, содержащей колонну лифтовых труб, кабель, хвостовик, пакеры, установленные снаружи хвостовика между пластами и разобщающие скважину на участки, электропогружной насос с обратным клапаном для откачки продукции пластов с входным модулем и электродвигателем, кожух, охватывающий электродвигатель с кабелем и входным модулем и сообщенный с хвостовиком, оснащенным несколькими каналами, каждый из которых сообщен с одним из участков скважины, манометры, функционально связанные с блоком управления установкой, переключающий клапан с корпусом и запорным органом, расположенный ниже кожуха и обеспечивающий сообщение одного из участков скважины с полостью кожуха через соответствующий канал.
Новым является то, что переключающий клапан оснащен поршнем с продольным каналом, сообщающим пространство под клапаном с кожухом, а обратный клапан установлен в продольном канале поршня, причем поршень выполнен с возможностью ограниченного продольного перемещения вместе с обратным клапаном вниз под действием перепада давлений в колонне лифтовых труб и канале хвостовика, сообщенном с одним из участков скважины, или вверх под действием потока откачиваемой жидкости, при этом поршень изготовлен с возможностью взаимодействия с исполнительным механизмом, позволяющим поочередно открывать один из каналов хвостовика, перекрывая остальные, при каждом возвратно-поступательном перемещении поршня.
Новым является также то, что поршень выполнен подпружиненным вверх.
Новым является также то, что исполнительный механизм выполнен в виде цилиндра с замкнутым по периметру фигурным пазом, взаимодействующим со штифтом на втулке запорного органа переключающего клапана.
Новым является также то, что запорный орган переключающего клапана выполнен соосно поршню с продольным отверстием, которое сверху сообщено с продольным каналом поршня, а снизу - с одним из каналов хвостовика.
Новым является также то, что переключающий клапан выполнен в виде вала с продольным отверстием, которое сверху сообщено с продольным каналом поршня, а в стенках вала выполнены поперечные отверстия с возможностью поочередного сообщения с соответствующим каналом хвостовика при каждом повороте вала, связанного с исполнительным механизмом.
Сущность изобретения заключается в том, что для привода запорного органа переключающего клапана используют перепад давления между полостью лифтовых труб и полостью канала хвостовика.
На фиг.1 показана схема установки, на фиг.2 - вариант схемы установки, на фиг.3 - фигурный паз.
Установка на фиг.1 содержит электропогружной насос 1 с входным модулем 2 и электродвигателем 3, к которому через узел герметичного ввода кабеля 4 на кожухе 5 подведен электрический кабель 6, размещенный вдоль колонны лифтовых труб 7, хвостовик 8 с каналами труб 9 и 10, в которых размещены манометры 11, функционально связанные с блоком управления (на чертеже не показан) насосом 1. Каналы 9 и 10 сообщены каждый со своим участком скважины 12, содержащим объекты эксплуатации - (пласт) 13 верхний и нижний 14, разделенные пакером 15. Переключение каналов 9 или 10 осуществляет переключающий клапан 16, включающий корпус 17, подпружиненный вверх пружиной 18, поршень 19 с продольным каналом 20, оснащенным обратным клапаном 21 и выступом 22 в верхней части с канавкой 23, взаимодействующей со штифтом 24 корпуса 17, исполнительный механизм 25 в виде фигурного паза 26 (фиг.3) на нижнем выступе 27 (фиг.1) поршня 19, взаимодействующего со штифтом 28, на втулке 29 запорного органа 30, выполненного с отверстием 31, сообщенным сверху с каналом 20 поршня 19, а снизу - с одним из каналов 9 или 10 хвостовика 18.
Установка на фиг.2 содержит те же основные элементы конструкции, что и на фиг.1, но отличается конструкцией исполнения запорного органа 30 клапана 16. К втулке 29 присоединен герметично установленный в корпусе 17 вал 32 с центральным каналом 33, заглушенным пробкой 34 в нижней части.
В вале выполнены два сквозных радиальных отверстия: одно 35 - с возможностью совпадения в одном из положений вала 32 с каналом 10, выполненным радиально в стенке корпуса 17, и другое 36 - с возможностью совпадения в другом положении вала 32 с каналом 9, также выполненным в стенке корпуса 17.
Канал 9 сообщен с полостью хвостовика 8.
Работает установка следующим образом.
После запуска электродвигателя 3 (фиг.1), питаемого через кабель 6, введенный через герметичный ввод 4 внутрь кожуха 5 погружной электронасос 1 начинает откачку жидкости, которая из нижнего подпакерного участка скважины 12, сообщенного с пластом 14, поступает через хвостовик 8, канал 9 корпуса 17 переключающего клапана 16, канал 31 запорного органа 30, канал 20 в поршне 19, открыв обратный клапан 21, через полость кожуха 5 и входное устройство 2 на прием насоса 1, которым перекачивается по колонне лифтовых труб 7 на устье (на фиг. не показано) скважины 12 и далее в систему сбора. Канал 9 сообщен через хвостовик 8 с участком скважины 12, находящимся под пакером 15, насос 1 отбирает оттуда жидкость, снижая забойное давление у нижнего пласта 14. При достижении забойным давлением установленной минимальной величины датчик давления 11 дает блоку управления команду на остановку двигателя 3 погружного насоса 1. Поскольку давление жидкости в колонне лифтовых труб 7 больше, чем забойное давление, обратный клапан 21 закрывается, перекрывая канал 20, а поршень 19 под действием этого перепада давлений перемещается вниз. При этом штифт 24, двигаясь по пазу 23 верхнего выступа 22 поршня 19, препятствует вращению поршня 19, а штифт 28 нижнего выступа 27 приводит в действие исполнительный механизм 25, двигаясь по фигурному пазу 26 (фиг.3), он поворачивает втулку запорного органа 30 (фиг.1) на 180°, отверстие 31 которого совмещается с каналом 10.
По истечении времени, достаточного для достижения штифтом 28 верхней точки фигурного паза 26 (фиг.3), блок управления запускает двигатель 3 (фиг.1) насоса 1, который через канал 10, отверстие 31, канал 20 перекачивает жидкость из верхнего надпакерного участка скважины 12 и, соответственно, из пласта 13 через лифтовые трубы 7 на устье скважины 12. Обратный клапан 12 открывается, а поршень 19 под действием потока жидкости и пружины 18 возвращается в верхнюю точку, при этом штифт 28 перемещается по фигурному пазу 26 (фиг.3), не вращая втулку 29 (фиг.1), в исходную точку следующей наклонной части фигурного паза 26.
Пока насос 1 перекачивает вверх жидкость из верхнего пласта 13, в подпакерной части пласта происходит накопление жидкости из нижнего пласта 14, забойное давление около него растет, а около верхнего пласта 13 забойное давление по мере откачки жидкости снижается.
После достижения забойным давлением верхнего пласта минимальной величины манометр 11 дает команду на остановку двигателя 3. Все повторяется, как и в предыдущем цикле: поршень 19 идет вниз, запорный орган 30 поворачивается на 180°, отверстие 31 совмещается с каналом 9, сообщенным с нижним пластом 14. Затем блок управления запускает двигатель 1, поршень 19 поднимается вверх и все повторяется вновь. Блок управления фиксирует и суммирует время работы насоса 3 по каждому пласту с учетом показаний устьевого расходомера, что позволяет определить объемы добычи по каждому из пластов за сутки или любой другой промежуток времени.
Работа установки по фиг.2 немногим отличается от предыдущей. Работа начинается, как показано на фиг.2, с откачки из нижнего пласта 14. При этом жидкость из пласта 14 протекает по хвостовику 8, каналу 9, отверстию 36, каналу 33 вала 32. Пробка 34 препятствует прямому попаданию жидкости из хвостовика в канал 33. После команды манометра 11 и остановки работы насоса 1 и срабатывания всего механизма втулка 29 поворачивает вал 32 на 180° и отверстие 35 совпадает с каналом 10, сообщенным через верхнюю (надпакерную) часть скважины 12 с верхним пластом 13, и при включении двигателя 3 насоса 1 последний начинает откачку жидкости из него.
При достижении забойных давлений у верхнего пласта 13 минимальной величины верхний манометр 11 дает команду блоку управления на остановку двигателя 3 насоса 1. Происходит переключение клапана 17 снова на откачку из нижнего пласта 13. Затем циклы повторяются.
Следует отметить, что показан простейший алгоритм работы установки. Если время достижения минимального забойного давления у пластов сильно отличается, то можно в алгоритм работы блока управления добавить переключение (отключение двигателя), дополнительно производимое при достижении максимальной величины забойного давления у пласта, где происходит накопление.
Например, нижний пласт имеет ограниченный пакером 15 объем накопления, поэтому повышение забойного давления происходит быстрее и, пока идет откачка жидкости из верхнего пласта 13, может несколько раз произойти переключение на нижний пласт 14.
Если забойное давление ни у одного из пластов не достигло максимального значения, насос может не включаться до тех пор, пока какой-то из них не достигнет максимальной величины забойного давления.
Производительность насоса должна быть выше суммы продуктивности пластов.
При работе с большим чем два количеством пластов могут быть алгоритмы и соответственные изменения конструкции установки, обеспечивающие постоянную работу одного из пластов, а другие будут периодически подключаться-отключаться.
Таким образом, предлагаемая установка позволяет организовать одновременно-раздельную эксплуатацию нескольких пластов путем поочередной откачки их продукции без использования электрических или гидравлических клапанов и линий для управления ими, что позволяет упростить и удешевить конструкцию в целом.