НАСОСНО-ЭЖЕКТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН
PUMPING-EJECTOR UNIT FOR OPERATING WELLS

Изобретение относится к области добычи нефти и газа и может быть использовано при разработке инновационных технологий добычи нефти и газа из обводненных скважин на месторождениях с трудноизвлекаемыми и нетрадиционными запасами углеводородов.
Известна насосно-эжекторная установка для добычи нефти и газа, содержащая насос-компрессор с входным и выходным каналами, эжектор с камерой смешения и набором сопловых аппаратов, сепаратор с входным каналом, выходными газовым и жидкостным каналами, колонну насосно-компрессорных труб, спущенную в скважину (US 3289609, 1964).
Недостатком известного устройства является относительно узкий диапазон регулирования подачи и мощности установки.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является насосно-эжекторная установка для добычи нефти и газа, содержащая насос с входным и выходным каналами, эжектор с камерой смешения, соплом и входным газовым каналом, сепаратор с входным каналом, выходным газовым и выходным жидкостным каналами, дистанционно управляемый клапан, установленный на входе сепаратора, две колонны насосно-компрессорных труб, спущенных в скважину и оснащенных обратным клапаном, отделяющим внутренние полости насосно-компрессорных труб от зоны перфорации в обсадной колонне скважины (US 3718407, 1973).
Недостатком известного устройства является относительно узкий диапазон регулирования подачи, давления и мощности используемого газо-газового эжектора, что снижает производительность работы установки, и, соответственно, эффективность процесса эксплуатации скважин.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является интенсификация добычи продукции скважин за счет обеспечения гибкого регулирования в широком диапазоне значений подачи, давления и мощности насосно-эжекторной установки.
Указанная проблема решается тем, что насосно-эжекторная установка для эксплуатации скважин содержит установленные на устье скважины подключенный к двигателю насос с входным и выходным каналами, подключенный к входному каналу насоса эжектор с камерой смешения, соплом и входным газовым каналом, газо-жидкостной сепаратор, входной канал которого соединен с выходным каналом насоса, выходной канал по жидкости подключен к соплу эжектора, а по газу - через первый дистанционно управляемый клапан к межтрубному пространству двухрядной колонны насосно-компрессорных труб, в нижней части наружной колонны которых размещен обратный клапан, входной газовый канал эжектора гидравлически связан с кольцевым каналом, образованным между наружной колонной двухрядной колонны насосно-компрессорных труб и обсадной колонной скважины, а выкидная линия скважины подключена к вышеуказанному кольцевому каналу, к полости внутренней колонны насосно-компрессорных труб и через второй дистанционно управляемый клапан к межтрубному пространству двухрядной колонны насосно-компрессорных труб.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении регулирования давления в контуре циркуляции жидкости и газа за счет использования кинетической энергии потока жидкости для сжатия и перекачки газа.
Достижение указанного технического результата обеспечит в свою очередь расширение области применения предлагаемой установки и возможность создания универсальных многорежимных насосно-эжекторных установок.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема насосно-эжекторной установки, на фиг. 2 показана схема насосно-эжекторной установки, оснащенной дополнительным подпорным насосом.
Насосно-эжекторная установка содержит установленные на устье скважины насос 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, эжектор с камерой смешения 4, соплом 5 и входным газовым каналом 6, сепаратор 7 с входным каналом 8, выходным каналом по газу 9 и выходным каналом по жидкости 10, первый дистанционно управляемый клапан 11. Камера смешения 4 эжектора соединена со входным каналом 2 насоса 1. Сопло 5 эжектора подключено к выходному каналу по жидкости 10 сепаратора 7. Выходной канал 3 насоса 1 соединен с входным каналом 8 сепаратора 7. Входной газовый канал 6 эжектора гидравлически связан с призабойной зоной добывающей скважины, оснащенной обсадной колонной 12. Выкидная линия 13 скважины подключена к кольцевому каналу 14 между наружной колонной насосно-компрессорных труб 15 и обсадной колонной 12. Выходной канал по газу 9 сепаратора 7 через первый дистанционно управляемый клапан 11 связан с межтрубным пространством двухрядной колонны насосно-компрессорных труб 15 и 17, причем в нижней части наружной колонны насосно-компрессорных труб 15 размещен обратный клапан 16, отделяющий внутреннюю полость наружной колонны насосно-компрессорных труб 15 от кольцевого канала 14. Верхняя часть внутренней колонны насосно-компрессорных труб 17 подключена к выкидной линии 13 скважины. На выкидной линии 13 установлен обратный клапан 18. Кольцевой канал 14 гидравлически связан с продуктивным пластом 19 через перфорационные отверстия в обсадной колонне 12, если эта обсадная колонная спускается до уровня продуктивного пласта или ниже.
Насосно-эжекторная установка может иметь исполнение, где между выходным каналом по жидкости 10 сепаратора 7 и соплом 5 эжектора размещен дополнительный подпорный насос 20 с выходным подпорным каналом 21. Насос 1 и подпорный насос 20 могут быть объединены в общем корпусе, а роторы этих двух насосов могут быть собраны на одном общем валу, с подключением к одному общему двигателю 22.
Выкидная линия 13 скважины подключена также через второй дистанционно управляемый клапан 23 к межтрубному пространству двухрядной колонны насосно-компрессорных труб 15 и 17.
Насосно-эжекторная установка работает следующим образом. Механическая энергия от двигателя 22 передается к насосу 1, в котором создается поток газожидкостной смеси в направлении от входного канала 2 к выходному каналу 3. В насосе 1 повышается давление газожидкостной смеси. Эжектор с камерой смешения 4, соплом 5 и входным газовым каналом 6 обеспечивает предварительное сжатие газожидкостной смеси, перед подачей этой смеси на вход 2 насоса 1. Газ поступает по газовому каналу 6, а жидкость поступает из сепаратора 7 через выходной канал по жидкости 10. При этом газожидкостная смесь под высоким давлением поступает в сепаратор 7 через входной канал 8. Через его выходной канал по газу 9 и через первый дистанционно управляемый клапан 11 газ подают в межтрубное пространство колонны насосно-компрессорных труб 15 и 17. При этом второй дистанционно управляемый клапан 23 находится в закрытом состоянии. Входной газовый канал 6 эжектора гидравлически связан с призабойной зоной добывающей скважины, оснащенной обсадной колонной 12, поэтому газ из пласта 19 свободно поступает в камеру смешения 4 через газовый канал 6. Выкидная линия 13 скважины подключена к кольцевому каналу 14 между колонной насосно-компрессорных труб 15 и обсадной колонной 12, и добываемый газ из продуктивного пласта 19 через обратный клапан 18 поступает в выкидную линию 13. В нижней части наружной колонны насосно-компрессорных труб 15 скапливается жидкость, поступающая из продуктивного пласта 19 вместе с газом. Поскольку в нижней части наружной колонны насосно-компрессорных труб 15 размещен обратный клапан 16, отделяющий внутреннюю полость наружной колонны насосно-компрессорных труб 15 от кольцевого канала 14, а внутри наружной колонны насосно-компрессорных труб 15 размещена внутренняя колонна насосно-компрессорных труб 17, при закачке газа, в межтрубное пространство между наружной 15 и внутренней 17 колоннами насосно-компрессорные труб, происходит вытеснение воды из нижней части наружной колонны насосно-компрессорных труб 15 в полость внутренней колонны насосно-компрессорных труб 17, и далее жидкость поступает в выкидную линию 13, смешиваясь с добываемым газом. При этом обратный клапан 16 находится в закрытом состоянии. При продолжении описанного процесса газ высокого давления начнет поступать в полость внутренней колонны насосно-компрессорных труб 17, продолжая вытеснять жидкость, при этом давление газа начнет снижаться, поскольку количество жидкой фазы постоянно снижается во внутренней колонне насосно-компрессорных труб 17. При снижении давления газ расширяется и заполняет всю полость внутренней колонны насосно-компрессорных труб 17, вытеснив окончательно всю жидкость из двух колонн насосно-компрессорных труб 15 и 17. Падение давления газа за первым дистанционно управляемым клапаном 11 служит управляющим сигналом на закрытие первого дистанционно управляемого клапана 11, и данный клапан переводится в закрытое положение. При этом создаются условия для открытия обратного клапана 16 и за счет более высокой плотности жидкость начнет заполнять внутренние полости в колоннах насосно-компрессорных труб 15 и 17, вытесняя часть газа в выкидную линию 13 через канал во внутренней колонне насосно-компрессорных труб 17. При этом открытие второго дистанционно управляемого клапана 23 обеспечивает выравнивание давления и ускоренное поступление жидкости в наружную колонну насосно-компрессорных труб 15 через обратный клапан 16. Диаметры колонн насосно-компрессорных труб 15, 17 и их длина должны быть рационально подобраны для эффективного использования энергии сжатого газа, и соответственно, для рационального использования энергии, подведенной к двигателю 22. Поскольку первый дистанционно управляемый клапан 11 закрыт в сепараторе 7 накапливается сжатый газ и его давление увеличивается до определенного расчетного значения, которое зависит от дебита скважины по жидкой фазе, от пластового давления в продуктивном пласте 19 и от глубины залегания самого продуктивного пласта 19. В момент, когда давление газа в сепараторе 7 сравняется с расчетным давлением, автоматически подается управляющий сигнал на первый дистанционно управляемый клапан 11, и клапан 11 открывается, а второй дистанционно управляемый клапан 23 закрывается. Описанный рабочий цикл повторяется. Система приспособлена к использованию современных технологий автоматизации и компьютеризации, обеспечивая гибкое регулирование работы насосно-эжекторной установки в целом, при этом могут быть использованы частотные регуляторы переменного тока для бесступенчатого изменения частоты вращения ротора у двигателя 22 и насоса 1, соответственно.
Насосно-эжекторная установка может иметь исполнение, где между выходным каналом по жидкости 10 сепаратора 7 и соплом 5 эжектора размещен дополнительный подпорный насос 20 с выходным подпорным каналом 21. Такое исполнение имеет преимущество в тех случаях, когда оптимальное давление рабочей жидкости, поступающей в сопло 5, имеет более высокое значение по сравнению с давлением газа, поступающего в скважину через первый дистанционно управляемый клапан 11.
Предлагаемое техническое решение позволяет осуществлять процесс сжатия и перекачки газа за счет использования кинетической энергии потока жидкости, обеспечивая при этом регулировку давления и мощности в контуре циркуляции жидкости и газа, что в свою очередь обеспечит расширение диапазона регулирования подачи и мощности при перекачке газожидкостных смесей и газа, и обеспечит расширение области применения предлагаемой конструкции насосно-эжекторной установки.
Организованной гибкое регулирование работы насосно-эжекторной установки в общей системе со скважиной и с продуктивным пластом открывает возможность создания многорежимных универсальных насосно-эжекторных установок с широкой областью применения.