УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В ЗАТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ НАСОСНЫХ СКВАЖИН
DEVICE FOR REDUCING GAS PRESSURE IN ANNULAR SPACE OF PUMPING WELLS

Изобретение относится к технике нефтедобывающей промышленности, в частности к струйным насосам, и может быть применено для перепуска затрубного газа в выкидную линию при добыче нефти с высоким давлением насыщения нефти газом в скважинах, эксплуатируемых погружными насосными установками.
Известно устройство (Патент РФ №2305171 E21B 34/06, опубл. 27.08.2007) для перепуска затрубного газа, содержащее обратный клапан и гидравлический канал, расположенное в затрубном пространстве над уровнем скважинной жидкости.
Недостатком данного устройства является то, что перепуск затрубного газа происходит в подземной части насосной установки, что вызывает сложности при обслуживании и контроле работы.
Наиболее близким по назначению и совокупности признаков (прототипом) является автоматическое клапанное устройство, состоящее из обратного клапана и устройства управления его работой, выполненного в виде поршня и корпуса. Поршень связан с выкидной линией при помощи двух концентрично установленных под ним гофрированных трубок и толкателя. В стенках корпуса имеются клиновидные толкатели с пружинами. Обратный клапан соединен с выкидной линией посредством гидравлического канала (Авт. свид. СССР №625021, E21B 33/03, опубл. 25.09.1978).
Недостатком известного устройства является то, что оно не функционирует в условиях низких температур вследствие замерзания обратного клапана, расположенного на выкидной линии, а также замерзания гофрированных трубок, которое может привести к их разрыву и нарушению герметичности устройства для управления работой обратного клапана, кроме того данное устройство имеет сложную конструкцию и для его срабатывания давление затрубного газа должно прикрыть поперечное сечение выкидной линии, что вызывает запаздывание перепуска газа.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы добывающих скважин при отрицательных температурах окружающей среды за счет своевременного осуществления перепуска затрубного газа в выкидную линию.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для снижения давления газа в затрубном пространстве насосных скважин, включающем обратный клапан, установленный на линии, соединяющей затрубное пространство скважины с ее выкидной линией и узел управления его работой, согласно изобретению, узел управления работой обратного клапана выполнен в виде струйного аппарата, установленного в выкидной линии скважины, снабженного системой обогрева в виде теплового насоса. Кроме того, тепловой насос системы обогрева струйного аппарата представляет собой заполненный хладагентом внутренний контур, состоящий из соединенных трубками компрессора, теплообменника, расширителя, и испарителя, и заполненный гидравлическим агентом внешний контур, состоящий из труб, уложенных в грунт ниже глубины промерзания и проложенных через испаритель внутреннего контура. Кроме того, теплообменник представляет собой полый цилиндр, по стенкам которого размещены каналы для прохода фреона, предельно близко расположенные к наружной поверхности выкидной линии, в непосредственной близости к струйному аппарату.
Схема устройства для снижения давления газа в затрубном пространстве насосных скважин представлена на фиг. 1. Схема теплообменника на фиг. 2.
Устройство для снижения давления в затрубном пространстве содержит обратный клапан 1, установленный в гидравлическом канале 2, соединяющем затрубное пространство 3 скважины 4 с ее выкидной линией 5 со скважинной жидкостью 16, и узел управления работой обратного клапана.
Узел управления работой обратного клапана представляет собой струйный аппарат 6, установленный в выкидной линии 5, снабженный системой обогрева в виде теплообменника 14 с каналами 15.
Тепловой насос 9 системы обогрева струйного аппарата 6 представляет собой заполненный гидравлическим агентом 8 внешний контур, состоящий из труб, уложенных в шурфе 7, пробуренном в грунте ниже глубины промерзания, и проложенных через испаритель 10 внутреннего контура, и заполненный хладагентом 13 внутренний контур, состоящий из соединенных трубками компрессора 11, каналов 15, расширителя 12, и испарителя 10.
Теплообменный аппарат 14 представляет собой полый цилиндр, по стенкам которого размещены каналы 15 для прохода фреона, предельно близко расположенные к наружной поверхности выкидной линии 5, в непосредственной близости к струйному аппарату 6.
По наружной поверхности упомянутый цилиндр покрыт теплоизолирующим материалом 17. Поперечные сечения каналов 15 представляют собой полукруг.
Заявленное устройство для снижения давления газа в затрубном пространстве работает следующим образом.
Во время добычи на приеме насоса происходит дегазация нефти. Часть газа из скважины 4 попадает на прием насоса и по НКТ попадает в выкидную линию 5, а другая часть попадает в затрубное пространство 3 и накапливается над динамическим уровнем, повышая давление газа. В процессе работы струйного аппарата 6 за счет прохождения скважинной жидкости 16 происходит снижение давления жидкости, при этом открывается обратный клапан 1 и перепускает газ через гидравлический канал 2 из затрубного пространства 3 в выкидную линию 5, снижая давление в затрубном пространстве.
Гидравлический агент 8 в трубах внешнего контура, уложенных в грунт ниже глубины промерзания, собирает тепло и передает его при прохождении через испаритель 10 теплового насоса 9 хладагенту, циркулирующему по трубкам 13 внутреннего контура. В испарителе 10 жидкий хладагент (фреон), имеющий низкую точку кипения, испаряясь (превращаясь в пар), отбирает тепло у гидравлического агента 8. При работе компрессора 11 давление испарившегося хладагента увеличивается, следовательно, повышается и температура. Затем тепловая энергия передается через трубки 15 теплообменника 14, отдавая тепло струйному аппарату 6, охлаждаясь, поступает по трубкам внутреннего контур в дроссель 12.
Далее за счет снижения давления в расширителе 12 охлажденный фреон конденсируется, переходит в жидкое состояние, поступает в испаритель 10 теплового насоса 9, и цикл обогрева повторяется заново.
Использование данного устройства для перепуска затрубного газа в выкидную линию позволяет снизить давление газа в затрубном пространстве скважин, позволяя повысить уровень пластовой жидкости над погружным насосом, увеличить дебит скважины, избежать образования гидратных пробок в затрубном пространстве за счет снижения давления газа в затрубном пространстве.
В качестве источника тепла предлагается использовать природные источники низкотемпературного тепла, а именно, тепло грунта. Грунт имеет преимущество над остальными источниками - относительно стабильную температуру в течение года. Электроэнергия, потребляемая тепловым насосом, тратится только на перемещение фреона по системе с помощью компрессора. Данная система обогрева, с помощью теплового насоса, экологически безопасная, она позволит избежать замерзания обратного клапана, выкидной линии, снизить давление газа в затрубном пространстве скважин и, в конечном счете, повысить эффективность работы добывающих скважин.