УСТАНОВКА СКВАЖИННАЯ ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ С НАСОСОМ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин.
Известна установка скважинная штанговая насосная, состоящая из привода, колонны насосных штанг, скважинного насоса, вспомогательного подземного оборудования (фильтры, газовые и песочные якори), колонны насосно-компрессорных труб. При работе скважинного насоса, приводимого в действие приводом через колонну насосных штанг, жидкость по колонне НКТ поднимается к устью скважины, откуда поступает в систему сбора /А.Г.Молчанов, В.Л.Чичеров. "Нефтепромысловые машины и механизмы" Учебник для техникумов. 2-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983. - стр.34-37/.
Недостатком установки является то, что при использовании ее для отбора высокообводненной продукции значительно повышается себестоимость нефти, поскольку большая часть электроэнергии тратится на подъем воды, ее утилизацию, сепарирование, подготовку, перекачку по трубопроводам и закачку обратно в пласт.
Известна «Насосная система двойного действия» (патент US №5497832 кл. 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, выше и ниже которого над пакером расположены верхнее и нижнее входные отверстия с клапанами, снабжен поршнем, выполненным с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом выход насоса сверху посредством колонны труб сообщен через верхний выходной клапан с устьем скважины, а выход насоса снизу - через нижний выходной 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 известной установки является низкая надежность работы вследствие возможности засорения фильтров нижнего входного отверстия механическими примесями (песком), поступающими вместе с водой из продуктивного пласта особенно после пуска установки в работу (неустановившийся режим работы), приводящей к отказу в работе установки.
Техническая задача полезной модели состоит в том, чтобы повысить надежность работы установки за счет предотвращения попадания песка в нижнее входное отверстие.
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, выше и ниже которого над пакером расположены верхнее и нижнее входные отверстия с клапанами, снабжен поршнем, выполненным с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом выход насоса сверху посредством колонны труб сообщен через верхний выходной клапан с устьем скважины, а выход насоса снизу - через нижний выходной клапан с подпакерным пространством.
Новым является то, что выше насоса установлен дополнительный полый цилиндр с дополнительным поршнем, соединенным с поршнем, который выполнен большего диаметра, и оснащенным верхним выходным клапаном, а нижнее входное отверстие сверху и сбоку перекрыто кожухом, площадь сечения полости которого выбрана таким образом, что максимальная скорость подъема жидкости по полости кожуха меньше скорости оседания песка в жидкости, при этом отношение величин диаметров поршней в зависимости от обводненности верхнего пласта и ожидаемой обводненности продукции, поднимаемой на поверхность в результате применения установки, определяется по формуле:
, где
верх
нижн
D и D - соответственно диаметры дополнительного поршня и поршня, мм;
пласт
пов
B и B - соответственно фактическая величина обводненности жидкости в верхнем продуктивном пласте и ожидаемая величина обводненности этого продукции, поднимаемой на поверхность в результате применения установки, %.
На чертеже схематично показан общий вид установки.
Установка (см. черт.) 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. Выше и ниже насоса 4 над пакером 7 расположены верхнее 8 и нижнее 9 входные отверстия с клапанами 10 и 11.
Насос 4 снабжен поршнем 12, выполненным с возможностью возвратно-поступательного движения. Выше насоса 4 установлен дополнительный полый цилиндр 13 с дополнительным поршнем 14, соединенным с поршнем 12, который выполнен большего диаметра. Дополнительный поршень 14 оснащен верхним выходным клапаном 15, через который выход насоса 4 сообщается посредством колонны труб 5 с устьем 16. Выход насоса 4 снизу сообщается через нижний выходной клапан 17 с подпакерным пространством 18.
Нижнее входное отверстие 9 сверху и сбоку перекрыто кожухом 19, площадь сечения полости 20 которого выбрана таким образом, что максимальная скорость подъема жидкости по полости 20 кожуха 19 меньше скорости оседания песка в жидкости.
Установка работает следующим образом.
После монтажа установки на скважине 21 ее пускают в работу. Высокообводненная продукция из вскрытого продуктивного пласта 2 поступает в межтрубное пространство 6 обсадной колонны 1. Нефть 22, 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 23, имеющая большую плотность. Привод установки (на черт. не показан) сообщает колонне штанг 24 и соединенным с ней поршням 14 и 12 возвратно-поступательное движение.
При ходе поршней 14 и 12 вниз нефть 22 поступает через верхнее входное отверстие 8 и открывшийся клапан 10 в полость 25 насоса 4, образованную за счет разности площадей поперечных сечений поршней 14 и 12. При ходе колонны штанг 24 вверх клапан 10 закрывается, жидкость вытесняется поршнем 12 из полости 25 и через открывшийся клапан 15 поступает в колонну труб 5 и далее на устье 16. При этом в нижнее входное отверстие 9, находящееся непосредственно над пакером 7, по полости 20 кожуха 19, через открывшийся клапан 11 в полость 25 насоса 4 из нижней части межтрубного пространства 6 поступает вода 23, которая при последующем ходе колонны штанг 24 вниз поршнем 12 под действием давления от веса колонны штанг 24 и давления столба жидкости к колонне труб 5 будет нагнетаться через открывшийся нижний выходной клапан 17 в подпакерное пространство 18, и далее во вскрытый поглощающий пласт 3.
Далее циклы работы установки повторяются.
Нижнее входное отверстие 9 сверху и сбоку перекрыто кожухом 19, площадь сечения полости 20 которого выбрана таким образом, что максимальная скорость подъема воды по полости 20 кожуха 19 меньше скорости оседания песка в воде. Такое выполнение установки предотвращает попадание песка вместе с водой в нижнее входное отверстие 9, что повышает надежность работы установки.
При применении установки большая часть жидкости (вода), притекающей в скважину из верхнего пласта, закачивается в нижний пласт, а меньшая часть жидкости (вся нефть и небольшое количество воды) поднимается на устье. Отношение этих частей является величиной постоянной и зависит от диаметров примененных поршней. По известной обводненности верхнего продуктивного пласта и задавшись обводненностью продукции, которая будет подниматься на устье в результате применения установки, можно осуществить подбор диаметров поршней установки. Подбор производится по формуле:
, где
верх
нижн
D и D - соответственно диаметры дополнительного поршня и поршня, мм;
пласт
пов
B и B - соответственно фактическая величина обводненности жидкости в верхнем продуктивном пласте и ожидаемая величина обводненности продукции, поднимаемой на поверхность в результате применения установки, %.
Использование предлагаемой установки скважинной штанговой насосной с насосом двойного действия позволяет:
- повысить рентабельность эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин за счет использования гравитационного разделения притекающей из продуктивного пласта нефти и попутной воды в стволе скважины и подъема на поверхность всей поступающей из продуктивного пласта нефти и лишь небольшого количества воды с одновременным нагнетанием большей части воды в нижележащий поглощающий пласт без подъема ее на поверхность;
- повысить надежность работы установки за счет предотвращения попадания песка в нижнее входное отверстие.