ГЛУБИННОЕ ПНЕВМОПРИВОДНОЕ НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО
DOWNHOLE PNEUMATICALLY DRIVEN PUMP ASSEMBLY

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Известна установка для эксплуатации обводняющейся газовой скважины, содержащая концентрично установленные колонны обсадных и подъемных труб, выкидную линию, связанную с межтрубным пространством посредством отвода с задвижкой, рабочую камеру, выполненную в виде последовательно установленных и гидравлически связанных между собой секций, газопровод, выполненный в виде двух трубопроводов с переключателем, попеременно сообщающим секции рабочей камеры с межтрубным пространством и выкидной линией, обратный шаровой и поплавковый клапаны, которые установлены в каждой секции рабочей камеры (см. SU, №1209831, F04B 7/12, опубл. 12.04.1983). Эта установка служит для отвода жидкости при добыче газа и не может быть использована для добычи вязкой нефти.
Наиболее близким является глубинное насосное устройство (Насосная установка для ступенчатого подъема жидкостей), содержащее по меньшей мере одну накопительную камеру, размещенную в скважине и выполненную из двух электромагнитных клапанов, установленных вверху накопительной камеры, из двух механических клапанов, первый из которых установлен на дне накопительной камеры, а второй - в области дна накопительной камеры, и из двух датчиков уровня, установленных между вторым механическим клапаном и двумя электромагнитными клапанами, и из электронного блока управления электромагнитными клапанами, установленного на стенке накопительной камеры, причем второй механический клапан соединен трубопроводом подачи жидкости через манометр и первый вентиль с выходом подачи жидкости из скважины, а также включающее блок управления работой накопительной камеры, размещенный на дневной поверхности и выполненный из электрического шкафа, из двух насосов, из ресивера, снабженного манометром, и из двух вентилей, один из которых установлен в трубопроводе на входе блока управления работой накопительной камеры, связанного со вторым электромагнитным клапаном накопительной камеры, а выходом блока управления работой накопительной камеры служит выход ресивера, который через другой вентиль соединен трубопроводом подачи сжатого газа с первым электромагнитным клапаном, первый выход электрического шкафа соединен с электронным блоком управления электромагнитными клапанами, а второй и третий его выходы подсоединены к насосам (RU, №2455531, F04F 1/08, опубл. 10.07.2012).
В этом устройстве используется несколько накопительных камер, установленных в скважине, блок управления работой накопительной камеры, расположенный на дневной поверхности, имеет вентиль, установленный на входе блока управления, и последовательно установленные регулятор вакуума, манометр, два насоса - вакуум-насос и компрессор, ресивер, выход которого через вентиль служит выходом блока управления работой накопительных камер. Таким образом, блок управления работой накопительной камеры является вакуумно-компрессорным блоком.
Ограничениями известного устройства являются: многоступенчатая цепь подъема жидкости снижает надежность системы при обязательном использовании нескольких накопительных камер, связанных между собой; вакуум-насос и компрессор оснащены прецизионными парами, контактирующими с агрессивной сероводородной составляющей, перекачиваемой на дневную поверхность жидкости, что снижает надежность устройства и уменьшает его производительность.
Решаемая изобретением задача - создание глубинного пневмоприводного насосного устройства с расширенными технико-эксплуатационными и функциональными возможностями.
Технический результат, который может быть получен при выполнении заявленного устройства, - повышение производительности и надежности, обеспечение возможности добычи нефти с высокой вязкостью и с повышенным содержанием механических примесей, а также с повышенным содержанием сероводородной составляющей в составе нефти, благодаря полному отсутствию в устройстве узлов и агрегатов с прецизионными парами, контактирующими с перекачиваемой средой.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном глубинном насосном устройстве, содержащем, по меньшей мере одну накопительную камеру, размещенную в скважине и выполненную из двух электромагнитных клапанов, установленных вверху накопительной камеры, из двух механических клапанов, первый из которых установлен на дне накопительной камеры, а второй - в области дна накопительной камеры, и из двух датчиков уровня, установленных между вторым механическим клапаном и двумя электромагнитными клапанами, и из электронного блока управления электромагнитными клапанами, установленного на стенке накопительной камеры, причем второй механический клапан соединен трубопроводом подачи жидкости через манометр и первый вентиль с выходом подачи жидкости из скважины, а также включающее блок управления работой накопительной камеры, размещенный на дневной поверхности и выполненный из электрического шкафа, из двух насосов, из ресивера, снабженного манометром, и из двух вентилей, один из которых установлен в трубопроводе на входе блока управления работой накопительной камеры, связанного со вторым электромагнитным клапаном накопительной камеры, а выходом блока управления работой накопительной камеры служит выход ресивера, который через другой вентиль соединен трубопроводом подачи сжатого газа с первым электромагнитным клапаном, первый выход электрического шкафа соединен с электронным блоком управления электромагнитными клапанами, а второй и третий его выходы подсоединены к насосам, согласно изобретению вход блока управления работой накопительной камеры связан со вторым электромагнитным клапаном через свободное от накопительной камеры пространство скважины через отрезок трубопровода, подсоединенного ко второму электромагнитному клапану над накопительной камерой, в блок управления работой накопительной камеры введены два промежуточных ресивера, снабженных датчиками уровня жидкости, установленными в области дна промежуточных ресиверов и к которым соответственно подсоединены первый и второй управляющие входы электрического шкафа, которые служат для переключения работы насосов, в качестве насосов блока управления работой накопительной камеры использованы два гидронасоса, вход каждого из которых подсоединен к днищу соответствующего промежуточного ресивера, выход первого гидронасоса первого промежуточного ресивера подсоединен к второму промежуточному ресиверу, а выход второго гидронасоса второго промежуточного ресивера - к первому промежуточному ресиверу, каждый из промежуточных ресиверов снабжен впускным клапаном и выпускным клапаном, установленными над промежуточными ресиверами и подсоединенными к ним, впускные клапаны соединены между собой и подсоединены к трубопроводу на входе блока управления работой накопительной камеры за его вентилем, а выпускные клапаны соединены между собой и подсоединены дополнительным трубопроводом сверху к упомянутому ресиверу блока управления работой накопительной камеры, снабженного манометром.
Указанные преимущества устройства поясняются вариантом его выполнения со ссылкой на прилагаемый чертеж.
Фиг. 1 изображает функциональную схему заявленного устройства.
На фиг. 1 схематично показаны:
Позиции 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 трубопроводы;
8 - гидрожидкость;
9 - электрический шкаф;
10 - блока управления работой накопительной камеры (БУРНК);
11, 12, 21, 22, 34, 35 - механические клапаны,
13, 14, 15 - ресиверы;
16, 17 - гидронасосы;
18, 19, 32, 33 - датчики уровня;
25, 26, 27, 28, 29 - кабельные линии;
30 - электронный блок управления;
31, 37 - электромагнитные клапаны.
Глубинное пневматическое насосное устройство (фиг. 1) содержит накопительную камеру 36, размещенную в скважине и выполненную из двух электромагнитных клапанов 31, 37, установленных вверху накопительной камеры 36, из двух механических клапанов 34, 35, первый из которых 34 установлен на дне накопительной камеры 36, а второй 35 - в области дна накопительной камеры, и из двух датчиков уровня 32 33, установленных между вторым механическим клапаном 35 и двумя электромагнитными клапанами 31, 37, и из электронного блока 30 управления электромагнитными клапанами 31, 37, установленного на стенке накопительной камеры 36. Второй механический клапан 35 соединен трубопроводом 2 подачи жидкости через манометр 39 и первый вентиль 20 с выходом подачи жидкости из скважины. Блок 10 управления работой накопительной камеры (БУРНК) размещен на дневной поверхности и выполнен из электрического шкафа 9, из двух насосов 16, 17, из ресивера 15, снабженного манометром 38, и из двух вентилей 23 24. Вентиль 23 установлен в трубопроводе 1 на входе БУРНК 10, связанного со вторым электромагнитным клапаном 37 накопительной камеры 36 трубопроводом 1. Выходом БУРНК 10 служит выход ресивера 15, который через вентиль 24 соединен трубопроводом 3 подачи сжатого газа с первым электромагнитным клапаном 31. Первый выход а электрического шкафа 9 соединен с электронным блоком 30 управления электромагнитными клапанами 31 37, а второй В и третий С его выходы подсоединены к насосам 16 и 17.
Вход БУРНК 10 связан трубопроводом 1 со вторым электромагнитным клапаном 37 через свободное от накопительной камеры 36 пространство скважины через отрезок трубопровода 7, подсоединенного ко второму электромагнитному клапану 37 над накопительной камерой 36. В БУРНК 10 введены два промежуточных ресивера 13 и 14, снабженных датчиками 18, 19 уровня, соответственно установленных в области дна промежуточных ресиверов 13, 14, и к которым соответственно подсоединены первый D и второй Ε управляющие входы электрического шкафа 9, которые служат для переключения работы насосов 16 и 17. В качестве насосов 16, 17 БУРНК 10 использованы два гидронасоса 16 и 17, вход каждого из которых подсоединен к днищу соответствующего промежуточного ресивера 13, 14. Выход первого гидронасоса 10 первого промежуточного ресивера 13 подсоединен к второму промежуточному ресиверу 14, а выход второго гидронасоса 17 второго промежуточного ресивера 14 - к первому промежуточному ресиверу 13. Каждый из промежуточных ресиверов 13 и 14 снабжен впускным клапаном 11, 12 и выпускным клапаном 22, установленными над промежуточными ресиверами 13 и 14 и подсоединенными к ним, соответственно. Впускные клапаны 11, 12 соединены между собой и подсоединены к трубопроводу 1 на входе БУРНК 10 за его вентилем 23. Выпускные клапаны 21 и 22 соединены между собой и подсоединены дополнительным трубопроводом 4 сверху к упомянутому ресиверу 15 БУРНК 10, снабженного манометром 38.
Так же, как в ближайшем аналоге при достижении заданного верхнего уровня жидкости в накопительной камере 36 датчик 32 уровня (верхнего) обеспечивает подачу сигнала на электронный блок 30 управления, который осуществляет закрытие второго электромагнитного клапана 37 и открытие первого клапана 31 для подачи сжатого газа. В нижнем положении уровня жидкости датчик 33 уровня (нижнего) обеспечивает подачу сигнала на электронный 30 блок управления, который осуществляет закрытие первого электромагнитного клапан 31 и открытие второго электромагнитного клапана 37.
Работает глубинное пневмоприводное насосное устройство (фиг. 1) следующим образом.
В скважину опускается накопительная камера 36 на глубину не менее 100 метров до полного погружения накопительной камеры 36 в жидкость скважины. Накопительная камера 36, кабель 27 питания электронного блока 30 управления, трубопровод 3 прикрепляется к насосно-компрессорным трубам (НКТ) или к тросу. На удобном расстоянии от скважины на дневной поверхности устанавливается БУРНК 10.
Электрически шкаф 9 является блоком управления всеми электрическими элементами и приводами, входящими в состав БУРНК 10, и электронного блока 30 накопительной камеры 36. Первоначально после погружения накопительной камеры 36 в скважине подается питание со второго выхода В электрического шкафа 9 через кабельную линию 25 питания на привод первого гидронасоса 16. Первый гидронасос 16 перекачивает гидрожидкость 8 из первого промежуточного ресивера 13 (его емкости) во второй промежуточный ресивер 14. За счет разрежения в первом промежуточном ресивере 13 газы из пространства скважины по трубопроводу 1 при открытом вентиле 23 через впускной клапан 11 поступают в емкость ресивера 13, а из второго промежуточного ресивера 14 через выпускной клапан 22 и дополнительный трубопровод 4 подаются в ресивер 15. По достижении нижнего уровня гидрожидкости 8 в первом промежуточном ресивере 13 его датчик 18 уровня подает по кабельной линии 28 на первый управляющий вход D электрического шкафа 9 сигнал на отключение первого гидронасоса 16 и включение второго гидронасоса 17 второго промежуточного ресивера 14. Гидрожидкость 8 из второго промежуточного ресивера 14 перекачивается в емкость первого промежуточного ресивера 13, при этом газы в первом промежуточном ресивере 13 сжимаются и подаются через его выпускной клапан 21 и дополнительный трубопровод 4 в ресивер 15, а во втором промежуточном ресивере 14 создается разрежение, и газы из пространства скважины через трубопровод 1, вентиль 23, впускной клапан 12 поступают во второй промежуточный ресивер 14. При достижении определенного уровня гидрожидкости 8 во втором промежуточном ресивере 14 его датчик 19 уровня подает сигнал на второй управляющий вход Ε электрического шкафа 9 на отключение второго гидронасоса 17 и на включение первого гидронасоса 16. Перекачивание гидрожидкости 8 из первого промежуточного ресивера 13 во второй промежуточный ресивер 14 и наоборот обеспечивает перекачку газов из пространства скважины и накопление сжатого газа в ресивере 15. По достижении необходимого давления в ресивере 15, определяемого по манометру 38, открывается вентиль 24 и подается сжатый газ через трубопровод 3 в накопительную камеру 36, включается питание на кабельной линии 27 первого выхода а электрического шкафа 9 и подается питание на электронный блок 30 управления электромагнитными клапанами 31, 32. Отсутствие жидкости в накопительной камере 36 приводит в работу датчик 33 уровня (нижнего) и электромагнитный клапан 37 открывается, чем обеспечивает выход газов в отрезок трубопровода 7.
Погруженная в жидкость накопительная камера 36 за счет создаваемого давления внешнего столба жидкости в скважине наполняется через первый механический клапан 34. При достижении жидкости датчика 32 уровня (верхнего), датчик 32 подает электронному блоку 30 сигнал на открытие первого электромагнитного клапана 31 и закрытие второго электромагнитного клапана 37, при этом в накопительную камеру 36 подается сжатый газ из ресивера 15 по трубопроводу 3. Первый электромагнитный клапан 34 под воздействием собственной массы и сжимаемым газом жидкости закрывается, а второй механический клапан 35 открывается. Жидкость по трубопроводу 2 и первый вентиль 20 поступает для отдачи жидкости и подается к месту назначения.
По мере опорожнения накопительной камеры 36 уровень жидкости достигает датчика 33 уровня (нижнего), который подает сигнал на электронный блок 30 управления на закрытие первого электромагнитного клапана 31 и на открытие второго электромагнитного клапана 37, начинается выход сжатого газа из накопительной камеры 36 в пространство скважины. По мере снижения давления в накопительной камере 36 открывается первый механический клапан 34 и начинается наполнение накопительной камеры 36. Далее весь цикл повторяется.
Таким образом, подъем жидкости из накопительной камеры 36 осуществляется под воздействием сжатого газа. Сжатый газ в ресивере 15 постоянно находится в готовности к подаче в накопительную камеру 36 через первый электромагнитный клапан 31, что позволяет повысить производительность устройства. Кроме того, БУРНК 10 и конструкция в целом позволяет перекачивать по трубопроводу 2 продукты высокой вязкости и с высоким содержанием образивосодержащих примесей. При этом в узлах устройства в контакте с перекачиваемыми продуктами (перекачиваемая жидкость, перекачиваемый газ) вращающиеся, трущиеся, а также иные прецизионные пары отсутствуют. Сам БУРНК 10 выполняет функцию не вакуумно-компрессорного блока, а оригинального блока подготовки сжатого газа, отбираемого непосредственно из скважины, что позволяет повысить как надежность, так и производительность устройства. При этом обеспечивается при неизменности самой конструкции накопительной камеры 36 ближайшего аналога использование гидронасосов 16, 17, что также позволяет по сравнению с вакуум-насосами и компрессорами повысить производительность и надежность заявляемого устройства. Как показали испытания, заявленное техническое решение позволяет применять с большей производительностью только одну накопительную камеру 36, однако заявленное техническое решение не исключает возможности использования нескольких накопительных камер 36, соединенных между собой, как это выполнено в ближайшем аналоге.
Наиболее успешно заявленное «Глубинное пневмоприводное насосное устройство» промышленно применимо при эксплуатации нефтяных и газовых скважин.