СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ЗАКАЧКИ ВОДЫ В ПЛАСТ
OIL WELL PUMPING UNIT FOR EXTRACTION AND PUMPING IN OF WATER INTO STRATUM

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче обводненной нефти и утилизации попутно добываемой воды.
Известно «Устройство для сепарации нефти и воды» (патент US №6202744, Е21В 43/40, опубл. 20.03.2001 г.), включающее пакер, установленный в скважине между пластами, выше которого размещены два разнонаправленных насоса с приводным электродвигателем, расположенным между насосами с возможностью их синхронного вращения, причем входные каналы насосов, выполненные в виде охватывающих разнонаправленных кожухов, размещены выше пакера, а расстояние между ними и интервал установки выполнены с возможностью регулировки за счет изменения высоты боковых буртов кожухов, при этом выход верхнего насоса сообщен с устьем скважины, а нижнего - с подпакерным пространством скважины.
Известна «Скважинная насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт» (патент RU №2284410, Е21В 43/40, 43/14, опубл. Бюл. №27 от 27.09.2006 г.), содержащая насосы с возможностью их последовательного расположения в скважине, имеющие выходные и входные устройства, привод насосов и пакер, имеющий возможность расположения между пластами в скважине, один из которых с водонефтяной смесью, а другой, нижний, - для приема воды, при этом скважинная насосная установка содержит винтовые насосы с их приводом на поверхности и полированный шток с сальником, соединяющим червячный вал верхнего насоса с червячным валом нижнего насоса, входное устройство которого имеет радиальные отверстия для поступления водной фазы из водонефтяной смеси и пазы, причем нижний насос имеет кожух, образующий канал для нагнетания воды в нижний пласт через этот канал и пазы входного устройства нижнего насоса при том же вращении червячного вала.
Недостатками данной установки являются:
- сложность и высокая стоимость входного и выходного устройств нижнего насоса;
- неэффективное использование нижнего насоса из-за большого количества сужений и изменений направления потока жидкости в его входном и выходном устройствах, что приводит к невозможности определения точной разницы в производительности насосов, потерям давления, создаваемого насосом, и, как следствие, снижению коэффициента полезного действия (КПД) нижнего насоса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для сепарации нефти и воды» (патент US №6202744, Е21В 43/40, опубл. 20.03.2001 г.), включающее пакер, установленный в скважине между пластами, выше которого размещены два разнонаправленных насоса, спущенных на лифтовой колонне, с приводным электродвигателем, расположенным между насосами с возможностью их синхронного вращения, причем входные устройства насосов, выполненные в виде охватывающих разнонаправленных кожухов, размещены выше пакера, а расстояние между ними и интервал установки выполнены с возможностью регулировки за счет изменения высоты боковых буртов кожухов, при этом выход верхнего насоса сообщен с лифтовой колонной, а нижнего - с подпакерным пространством скважины.
Недостатками данной установки являются:
- расположение электродвигателя с кабелем в скважине, затрудняющее обслуживание и повышающее вероятность аварийных ситуаций;
- неэффективное использование насосов из-за изменений направления потока жидкости в их входных устройствах, выполненных в виде разнонаправленных кожухов, что приводит к сложностям в определении производительности насосов, потерям давлений, создаваемых насосами, и, как следствие, снижению их КПД.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание насосной установки, увеличение эффективности и упрощение конструкции за счет устранения дополнительных устройств, перекрывающих входы насосов, облегчение обслуживания и регулировки за счет расположения привода на устье скважины, а регулировку расстояния между входами насосов за счет изменения расстояния между ними.
Техническая задача решается скважинной насосной установкой для добычи нефти и закачки воды в пласт, включающей пакер, установленный между верхними и нижним пластами, верхний и нижний разнонаправленные насосы, спущенные на лифтовой колонне в скважину и установленные выше пакера, привод насосов, причем вход нижнего насоса размещен ниже динамического уровня выделившейся под действием гравитации воды из водонефтяной смеси верхнего пласта, а выход сообщен с подпакерным пространством, при этом вход верхнего насоса размещен выше динамического уровня выделившейся воды, а выход сообщен с лифтовой колонной.
Новым является то, что насосы выполнены винтовыми с приводом, размещенным на поверхности, и штоком, соединяющим червячный вал верхнего насоса с закрученным в противоположную сторону червячным валом нижнего насоса, при этом шток и соединительная втулка, соединяющая верхний и нижний насосы, выполнены с возможностью регулирования длины и фиксации для достижения необходимого расстояния между входами насосов, а соотношение производительностей верхнего и нижнего насосов подобрано в зависимости от количества поступающих в скважину воды и нефти с условием обеспечения гравитационного разделения водонефтяной смеси верхнего пласта.
Новым является также то, что шток выполнен в виде двух и более звеньев, соединенных резьбой, выполненных с возможностью фиксации контргайкой в требуемом положении, а соединительная втулка - двух или нескольких колец, выполненных с возможностью ограниченного продольного перемещения относительно друг друга.
Новым является также то, что соединительная втулка выполнена в виде двух и более колец, соединенных резьбой, выполненных с возможностью фиксации контргайкой в требуемом положении, а шток - двух или нескольких звеньев, выполненных с возможностью ограниченного продольного перемещения относительно друг друга.
Новым является также то, что суммарная производительность насосов подобрана для обеспечения динамического уровня выделившейся воды ниже верхнего пласта.
На чертеже изображена схема насосной установки в продольном разрезе.
Скважинная насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт содержит пакер 1, установленный между верхними 2 и нижним 3 пластами, верхний 4 и нижний 5 разнонаправленные винтовые насосы, спущенные на лифтовой колонне 6 в скважину 7 и установленные выше пакера 1, привод насосов (не показан), размещенный на поверхности (на устье скважины 7). Вход 8 нижнего насоса 5 размещен ниже динамического уровня 9 выделившейся под действием гравитации воды из водонефтяной смеси верхнего пласта 2, а выход 10 сообщен с подпакерным пространством 11. При этом вход 12 верхнего насоса 4 размещен выше динамического уровня 9 выделившейся воды, а выход 13 сообщен с лифтовой колонной 6 для подъема обводненной нефти на поверхность скважины 7. Червячный вал 14 верхнего насоса 4 и червячный вал 15 нижнего насоса 5, закрученный в противоположную сторону, соединены штоком 16, а корпусы верхнего 4 и нижнего 5 насосов - соединительной втулкой 17. Шток 16 и соединительная втулка 17 выполнены с возможностью регулирования длины и фиксации для достижения необходимого расстояния между входами 8 и 12 насосов 4 и 5. Соотношение производительностей верхнего 4 и нижнего 5 насосов подобрано в зависимости от количества поступающих в скважину воды и нефти с условием обеспечения гравитационного разделения водонефтяной смеси верхнего пласта 2, чтобы исключить захват воды верхним насосом 4 и нефти - нижним 5.
Для регулировки расстояния между входами 8 и 12 насосов 4 и 5 шток 16 может быть выполнен в виде двух и более звеньев 18, соединенных резьбой 19 и выполненных с возможностью фиксации контргайкой 20 в требуемом положении, а соединительная втулка 17 - двух или нескольких колец 21, выполненных с возможностью ограниченного упорами 22 и 23 продольного перемещения без возможности вращения относительно друг друга. Так как направление вращения привода и резьбы 19 совпадает, то возможность отворота резьбы 19 исключена, а для надежности контргайка 20 может быть также зафиксирована шплинтом (не показан).
Для регулировки расстояния между входами 8 и 12 насосов 4 и 5 соединительная втулка 17 выполнена в виде двух и более колец 21, соединенных резьбой (не показана), выполненных с возможностью фиксации контргайкой (не показана) в требуемом положении, а шток 18 - двух или нескольких звеньев 18, выполненных с возможностью ограниченного упорами (не показаны) продольного перемещения относительно друг друга без возможности вращения.
Если позволяет расстояние между пакером 1 и верхним пластом 2 для установки обоих насосов 4 и 5 ниже верхнего пласта 2, то суммарная производительность насосов 4 и 5 подобрана так, чтобы обеспечить динамический уровень 9 выделившейся воды ниже верхнего пласта 2, что исключает образование «водяного клина» напротив верхнего продуктивного пласта 2, позволяя увеличить срок его эксплуатации для добычи нефти.
Установка работает следующим образом.
Предварительно изучают продуктивность и обводненность верхнего пласта 2, из чего определяют необходимое время для гравитационного разделения водонефтяной смеси, поступающей в скважину 7 из верхнего 2 пласта. Исходя из этих данных определют суммарную производительность насосов 4 и 5 и их соотношение производительностей, а также минимальное расстояние между входами 8 и 12 насосов 4 и 5 с учетом промежуточного слоя (не показан), образующегося на границе «нефть-вода» 9 (динамический уровень воды) при разделении водонефтяной смеси.
Затем в скважину спускают и устанавливают между пластами 2 и 3 пакер 1, собирают скважинную установку согласно необходимым требованиям, определенным в результате изучения верхнего пласта 2. Необходимое расстояние между входами 8 и 12 насосов 4 и 5 устанавливают путем регулировки длины штока 16 за счет установки дополнительных звеньев 18 с регулировкой резьбой 19 до достижения необходимого расстояния между входами 8 и 12. После чего резьбы фиксируют контргайками 20, а соединительная втулка 17 выставляется на нужную длину за счет изменения расстояния между ее кольцами 21, вставленными в друг друга с возможностью только продольного перемещения. Для исключения выхода из контакта между кольцами 21 их перемещение ограничено упорами 22 и 23. Аналогичным способом возможна регулировка расстояния между входами 8 и 12 насосов 4 и 5, когда кольца 21 соединительной втулки 17 соединены резьбой, а звенья 18 штока 16 - подвижным соединением.
Далее установку на лифтовых трубах 6, присоединенных к верхнему насосу 4 и сообщенных с его выходом 13, спускают в скважину 7, предварительно оснастив нижний насос 5 хвостовиком 24, сообщающим с подпакерным пространством 11 после герметичного взаимодействия с пакером 1 выход 10 нижнего насоса 5.
После установки привод при помощи колонны штанг 25 соединяют с червячным валом 14 верхнего насоса 4, соединенного жестко штоком 16 с червячным валом 15 нижнего насоса 5. При помощи привода начинают вращать червячные валы 14 и 15. Так как насосы 4 и 5 выполнены разнонаправленными, то верхний насос 4 через свой вход 12, расположенный выше динамического уровня воды 9, качает по лифтовым трубам 6 нефть на поверхность, а нижний насос 5 через свой вход 8, расположенный ниже динамического уровня воды 9, качает воду через хвостовик 24 и подпакерное пространство 11 в нижний пласт 3.
Расположение на поверхности скважины 7 привода позволяет проводить за ним постоянный контроль и, в случае необходимости, ремонт, затрачивая минимальное время и исключая аварийные ситуации.
Предлагаемая скважинная насосная установка является простой и надежной в обслуживании и эффективной в эксплуатации конструкцией за счет расположения привода на поверхности, наличия регулируемых по длине штока и соединительной втулки и отсутствия устройств, перекрывающих входы насосов и снижающих их КПД.