ЗАДВИЖКА НЕФТЕПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к устройствам, для перекачивания жидкости и может быть использована для подъема жидкостей, предпочтительно нефти, с большой глубины.
Известна задвижка нефтеподъемной установки, размещенная на поверхности, на трубопроводах, связывающих выпускной конец нефтеподъемной колонны с герметичными нефтеприемными емкостями, полости которых подключены к средству создания вакуума, например, вакуум-насосу (см. RU №26613, кл. F04F 1/00, 2002 и RU №48377, F04F 1/00, 2005).
Однако это техническое решение характеризуется повышенной энергоемкостью процесса подъема (из-за повышенного расхода сжатого воздуха), при этом наличие больших объемов сжатого воздуха в поднимаемой нефтевоздушной массе практически сразу после старта установки делает работу средств создания вакуума малоэффективной, при этом, известные технические решения сложны в реализации, т.к. требует использования в качестве рабочего агента нефти, вязкость которой необходимо регулировать до оптимума, например подогревом, кроме того, глубины, с которых Возможен подъем нефти определяются эффективностью работы вакуум-насоса (которая в свою очередь не может быть значительна из-за сложности обеспечения герметичности нефтеприемных емкостей и системы трубопроводов).
Известна также задвижка нефтеподъемной установки, выполненная с возможностью перекрытия сечения нефтеподъемной колонны при давлении на вышележащем участке большем, чем на нижележащем участке и с возможностью сообщения верхнего и нижнего участков нефтеподъемной колонны, при снижении давления на первом из них ниже чем на нижележащем участке, содержащая рабочий канал, в полости которого, размещена, с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, поворотная пластина и выполнено посадочное седло в виде выступа сформированного по периметру внутренней поверхности рабочего канала на уровне, соответствующем горизонтальному положению поворотной пластины (RU №72735, F04F 1/00, 2007). Заявленное устройство обеспечивает задвижке «автоматический режим» работы, при этом, в конструкции использованы две поворотных пластины, размещенные на горизонтальной оси, расположенной на диаметре поперечного сечения.
Однако это техническое решение характеризуется недостаточной надежностью работы, в связи с тем, что задвижки перекрывают значительную часть поперечного сечения нефтеподъемной колонны (даже находясь в положении «открыто», что, в свою очередь приводит к повышению нагрузок на «задвижечный» узел, многократно подвергающийся перепадам давления в процессе своей работы, а потому имеется вероятность «срезания» горизонтальной оси или отрыва заслонок от нее (поскольку наличие двух заслонок приводит к уменьшению размеров зон скрепления заслонок с горизонтальной осью
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение надежности задвижки нефтеподъемной установки.
Технический результат, получаемый при решении названной задачи, выражается в повышении прочности элементов задвижки и исключении возможности «перекрытия» части поперечного сечения нефтеподъемной колонны конструктивными элементами задвижки.
Для решения поставленной задачи задвижка нефтеподъемной установки, выполненная с возможностью перекрытия сечения воздушного кожуха нефтеподъемной колонны при давлении на вышележащем участке большем, чем под задвижкой и с возможностью открытия сечения кожуха, при снижении давления выше задвижки ниже уровня давления под задвижкой, содержащая рабочий канал, в полости которого, размещена, с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, поворотная пластина и выполнено посадочное седло с возможностью опирания на него поворотной пластины при развороте поперек сечения рабочего канала, отличающаяся тем, что рабочему каналу придана прямоугольная форма поперечного сечения, при этом размеры поперечного сечения не менее диаметра поперечного сечения труб составляющих воздушный кожух нефтеподъемной колонны, причем рабочий канал снабжен переходным участком, выполненным с возможностью закрепления на конце воздушного кожуха нефтеподъемной колонны, при этом, горизонтальная ось, на которой установлена поворотная пластина, смещена, к одной из стенок рабочего канала, которая снабжена ограничителем вертикального поворота пластины, расположенным выше горизонтальной оси, при этом, ниже горизонтальной оси на стенке рабочего канала размещен защитный выступ, кроме того, посадочное седло выполнено в виде П-образного выступа сформированного по периметру внутренней поверхности рабочего канала на уровне, соответствующем горизонтальному положению поворотной пластины, Кроме того, в объеме ограничителя вертикального поворота пластины выполнен сквозной канал, приемный участок которого ориентирован вдоль стенки рабочего канала, а выпускной участок ориентирован перпендикулярно к стенкам рабочего канала. Кроме того, поперечному сечению защитного выступа придана форма клина, обращенного острием от горизонтальной оси, при этом толщина клина не менее расстояния от поверхности рабочего канала до наиболее удаленной от него образующей горизонтальной оси. Кроме того, в рабочем канале размещена дополнительная опора поворотной пластины, выполненная в виде пластины плоскость которой параллельна одной из стенок рабочего канала, размещенной на оси симметрии его сечения, при этом, верхняя кромка дополнительной опоры не выходит выше верхнего уровня посадочного седла, а ее боковые кромки подпирают обращенные к ним боковые поверхности посадочного седла и защитного выступа.
Сопоставительный анализ признаков заявленного и известных технических решений подтверждает его соответствие критерию "новизна".
Совокупность признаков формулы полезной модели обеспечивают решение поставленной задачи за счет обеспечения возможности периодического заполнения нефтеподъемной колонны и пространства кожуха нефтью, с ее вытеснением выше уровня устья скважины и, тем самым перелива в нефтеприемные емкости.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежами, при этом на фиг.1 показан разрез по оси скважины до начала подъема нефти (штрихами показано положение поворотной пластины при перекрытии сечения воздушного кожуха); на фиг.2 показан вид задвижки в объемной проекции; на фиг.3 показан вид снизу на заслонку со стороны нижней кромки рабочего канала.
На чертежах показаны задвижка нефтеподъемной установки, включающая рабочий канал 1, горизонтальная ось 2, поворотная пластина 3 посадочное седло 4, переходной участок 5 рабочего канала 1 и его стенка 6, ограничитель 7 вертикального поворота пластины 3, защитный выступ 8. сквозной канал ограничителя 7 вертикального поворота пластины 3, включающий приемный участок 9 и выпускной участок 10. Кроме того, показаны узлы нефтеподъемной установки, необходимые для пояснения работы задвижки: обсадная труба 11, нефтеподъемная колонна 12 и ее воздушный кожух 13, втулки 14 герметизирующие торцы обсадной трубы 11 и воздушного кожуха 13, воздуховод 15, выпускной нефтепровод 16, источник 17 сжатого воздуха, забой скважины 18, нефтесодержащие пласты 19, воздухо-отводящий патрубок 20, соединительные нефтепроводы 21, герметичные нефтеприемные емкости 22, вакуум-насос 23, воздушные краны 24, вакуумирующие воздуховоды 25, гидравлические краны 26, приемное отверстие 27 нефтеподъемной колонны 12, обратный воздуховод 28. Кроме того, на чертежах показаны ресивер 29, верхняя граница уровня 30 нефти, дополнительная опора 31 для поворотной пластины 3.
В качестве источника 17 сжатого воздуха используют компрессор высокого давления, рассчитанный на давление не менее 400 атм, снабженный ресивером известной конструкции, при этом, для осушения сжатого газа могут быть использованы известные устройства (на чертежах не показаны) - сменные патроны, с сорбентами влаги, размещаемые в полости ресивера 29.
Количество герметичных нефтеприемных емкостей 22 должно быть не менее двух для обеспечения возможности одновременного приема выдаваемой нефти и ее отгрузки потребителю.
Обсадная труба 11, нефтеподъемная колонна 12, воздушный кожух 13, герметизирующие втулки 14, воздуховод 15, выпускной нефтепровод 16, рессивер, воздухоотводящий патрубок 20, соединительные нефтепроводы 21, герметичные нефтеприемные емкости 22, вакуумирующие воздуховоды 25, обратный воздуховод 28 и задвижка выполнены из труб или листового проката, из стали, используемой при нефтедобыче. Воздушные краны 24, расположены на сопряжении вакуумирующих воздуховодов 25, обеспечивающих поочередное подключение к вакуум-насосу 23 тех или иных герметичных нефтеприемных емкостей 22, а также на воздуховоде 15 и обратном воздуховоде 28 и на конце воздухоотводящего патрубка 20 конструктивно не отличаются от известных узлов, используемых для аналогичных целей (в качестве воздушных кранов 24, расположенных на воздуховоде 15 и обратном воздуховоде 28 использованы воздушные краны, рассчитанные на высокое давление).
Патрубки для подключения вакуум-насоса 23, размещены в верхних частях герметичных нефтеприемных емкостей 22.
Задвижка, размещена вблизи приемного отверстия 27 нефтеподъемной колонны 12 (между ее приемным отверстием 27 и торцом воздушного кожуха 13 нефтеподъемной колонны 12), собственно нижняя кромка рабочего канала 1 и составляет торец воздушного кожуха 13. Рабочему каналу 1 придана прямоугольная форма поперечного сечения, при этом размеры его поперечного сечения не менее диаметра поперечного сечения труб, составляющих воздушный кожух 13 нефтеподъемной колонны 12. Поворотная пластина 3 имеет прямоугольную форму, повторяющую форму поперечного сечения рабочего канала 1. Рабочий канал 1 снабжен переходным участком 5, выполненным с возможностью закрепления на конце воздушного кожуха 13 нефтеподъемной колонны 12. Горизонтальная ось 2, на которой установлена поворотная пластина 3, смещена, к одной из стенок рабочего канала 1. Эта стенка снабжена ограничителем 7 вертикального поворота пластины 3 (до 5-10°, к стенке рабочего канала и, соответственно, до 85-80° к горизонтальной плоскости), расположенным выше горизонтальной оси 2, так чтобы выпускное отверстие выпускного участка 10 сквозного канала было направлено на верхний участок поворотной пластины 3. При этом ниже горизонтальной оси 2, возле нее, на стенке рабочего канала 1, размещен защитный выступ 8. Поперечному сечению защитного выступа 8 придана форма клина, обращенного острием от горизонтальной оси 2, при этом толщина клина h не менее расстояния от поверхности рабочего канала 3 до наиболее удаленной от него образующей горизонтальной оси. В объеме ограничителя 7 вертикального поворота пластины 3 выполнен сквозной канал, приемный участок 9 которого ориентирован вдоль стенки рабочего канала, а выпускной участок 10 ориентирован перпендикулярно к стенке рабочего канала 1. Целесообразно, чтобы сквозной канал был выполнен конфузорным, т.е. приемное отверстие приемного участка 9 должно быть больше выпускного отверстия выпускного участка 10, причем целесообразно его снабдить приемной воронкой, которую вынести повыше по стенке воздушного кожуха 13 и соединить трубопроводом с ограничителем поворота.
Посадочное седло 4 выполнено в виде П-образного выступа сформированного по периметру внутренней поверхности рабочего канала на уровне, соответствующем горизонтальному положению поворотной пластины 3 (кроме стенки у которой размещена горизонтальная ось 2).
Верхний конец нефтеподъемной колонны 12 выполнен коленообразным (т.е. плавно изогнут) и посредством выпускного нефтепровода 16 связан с соединительными нефтепроводами 21 (снабженными гидравлическими кранами 26), обеспечивающим сброс нефти в герметичные нефтеприемные емкости 22.
Дополнительная опора 31 для поворотной пластины 3 выполнена в виде пластины плоскость которой параллельна одной из стенок рабочего канала 1 на оси симметрии его сечения (при этом верхняя кромка дополнительной опоры 31 не выходит выше верхнего уровня посадочного седла 4, а ее боковые кромки подпирают обращенные к ним боковые поверхности посадочного седла 4 и защитного выступа 8.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Бурение, обустройство скважины и монтаж оборудования осуществляют известным образом в обычном порядке. Нижний конец нефтеподъемной колонны 12 опускают на максимально возможную глубину, под верхнюю границу уровня 30 нефти, в полости обсадной трубы 11. Кроме того, при наличии нескольких нефтеносных пластов 19, перед монтажом нефтеподъемной колонны 2 производят перфорирование (например, взрывное) обсадной трубы 11 на участках ее сопряжения с вышележащими нефтеносными пластами 19. Кроме того, целесообразно (особенно, при большой глубине скважин), чтобы в нефтеприемных емкостях 22 поддерживалось давление, хотя бы на 30-50% ниже атмосферного.
Открывают воздушный кран 24 установленный на воздуховоде 15, соединяющем источник сжатого воздуха 17 с полостью воздушного кожуха 13. Кроме того, перекрывают обратный воздуховод 17 (воздушным краном 24). Далее включают в работу компрессор источника сжатого воздуха 17. Давление воздуха в полости воздушного кожуха 13 быстро растет. Волна давления от этого быстро распространяется вниз по объему нефти заполняющему полость воздушного кожуха 13, после чего проходит конфузорный сквозной канал и «страгивает» с места поворотную пластину 3 задвижки, которая затем под действием возрастающего фронта давления направленного вниз опускаются вниз (поворачиваясь на горизонтальной оси 2 до упирания в посадочное седло 4).
В результате объем, ограниченный кожухом, размещенный выше пластины 3 оказывается изолирован от остального объема скважины.
Вследствие этого, по закону сообщающихся сосудов, уровень нефти в зазоре между нефтеподъемной колонной и внутренней поверхностью воздушного кожуха 13 начинает понижаться, тогда как уровень нефти в нефтеподъемной колонне 12 начинает расти, пока нефть не начнет изливаться через выпускной нефтепровод 16 и соединительные нефтепроводы 21 в герметичные нефтеприемные емкости 22. В результате давление в изолированном объеме начинает падать и автоматика (на чертежах не показана) выключает компрессор и открывает воздушный кран 24 обратного воздуховода 28. Это ускоряет падение давления в объеме изолированном, поворотной пластиной 3 и, как только оно становится ниже, чем под ней, она отжимается давлением снизу и отклоняется к стенке рабочего канала 1, упираясь в ограничитель 7.
В результате этого восстанавливается исходный уровень нефти в скважине. Далее вновь автоматика включает компрессор и все повторяется.
Таким образом, при обустройстве скважины диаметром порядка 400 мм, оборудованной нефтеподъемной колонной диаметром порядка 200 мм и кожухом диаметром порядка 300 мм, в условиях подъема с глубины порядка 6000 м обеспечивается подъем 1500 тонн нефти.
В случае отработки многопластового месторождения, нефть из вышележащих пластов 19, через перфорацию в стенках обсадной трубы 11 стекает вниз, по зазору между воздушным кожухом 13 и обсадной трубой 11 заполняя внутренний объем последней, откуда и забирается.
При наполнении одной герметичной нефтеприемной емкости 22, работу переключают на порожнюю емкость. Слив нефти (при отгрузке потребителю) производят через сливные патрубки, предварительно, подключив полость этой емкости к атмосфере, посредством воздушного крана 24, расположенного на ее вакуумирующем воздуховоде 25.