СПОСОБ ПОДЪЕМА ПЛАСТОВОЙ ЖИДКОСТИ И НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
UPLIFTING METHOD OF FORMATION FLUID, AND PUMP UNIT FOR METHOD'S IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для подъема жидкости из скважин любой глубины посредством плунжерного всасывающего устройства, в том числе наклонных и криволинейных.
Известен способ подъема пластовой жидкости, включающий спуск плунжерного насоса в скважину, создание разрежения в призабойном пространстве, открытие клапана насоса, заполнение надплунжерного пространства жидкостью, закрытие клапана и подъем жидкости в надплунжерном пространстве на поверхность (Нефтепромысловое оборудование. Справочник. Под редакцией Е.И.Бухаленко. М., Недра, 1990 г., с.53, рис.2.1).
Известна насосная установка для подъема пластовой жидкости, содержащая колонну обсадных труб, колонну насосно-компрессорных труб, пакер, установленный в призабойной зоне, насос с плунжером и клапанами, а также тяговый орган в виде штанги с приводным устройством (Нефтепромысловое оборудование. Справочник. Под редакцией Е.И.Бухаленко. М., Недра, 1990 г., с.53, рис.2.1).
Недостатками этого способа и устройства являются невысокая производительность и низкая продольная устойчивость штанг, что ограничивает глубину подъема жидкости. Кроме этого, клапаны устройства имеют склонность к зависанию и быстрому износу, что также снижает производительность из-за необходимости остановки оборудования для ремонта.
Для увеличения производительности установки известны, например, гидропоршневые агрегаты (Нефтепромысловое оборудование. Справочник. Под редакцией Е.И.Бухаленко. М., Недра, 1990 г., с.169, рис.4.10), для увеличения надежности подъемных органов используются, например, закачивание жидкости в полость штанг (Авторское свидетельство СССР №1627751, МКИ 5 F04B 47/02), установка дополнительных тяг и насосов (Патент России №2184271, МКИ 7 F04B 47/02), а также гибкие тяговые органы (Патент России №2114322, МКИ 7 F04B 47/02).
Известен способ подъема пластовой жидкости, включающий спуск всасывающего устройства с плунжером и клапаном в колонну насосно-компрессорных труб, смонтированную внутри колонны обсадных труб скважины, создание плунжером разрежения в призабойном пространстве, открытие клапана, заполнение надплунжерного пространства жидкостью, закрытие клапана и поднятие жидкости в надплунжерном пространстве на поверхность, при этом обеспечивают доступ жидкости из призабойного пространства в межтрубное и надплунжерное пространства и дополнительно из межтрубного пространства во внутреннюю полость колонны насосно-компрессорных труб, а клапан открывают в начальный момент спуска плунжера и закрывают в начальный момент подъема плунжера принудительным воздействием (Патент России №2220325, МКИ 7 F04B 47/22).
Известна скважинная насосная установка, содержащая колонну обсадных труб, колонну насосно-компрессорных труб, пакер, установленный в призабойной зоне, всасывающее устройство с плунжером и клапаном, а также тяговый орган с приводным устройством, при этом плунжер всасывающего устройства размещен непосредственно в колонне насосно-компрессорных труб, а клапан смонтирован в расточке плунжера, в пакере выполнены каналы, соединяющие призабойное пространство с межтрубным, в плунжере выполнены каналы, соединяющие подплунжерное пространство с подклапанным, а в колонне насосно-компрессорных труб выше пакера выполнены отверстия, соединяющие межтрубное пространство с внутренней полостью насосно-компрессорных труб, причем тяговый орган связан непосредственно с клапаном и выполнен в виде гибкого элемента, охватывающего холостой блок, смонтированный в призабойном пространстве, и связанного с приводным устройством, одна ветвь которого несет на себе клапан, а другая пропущена через окно в пакере (Патент России №2220325, МКИ 7 F04B 47/22).
Недостатком этого способа и насосно-скважинной установки является возможность утечки поднимаемой жидкости из надплунжерного пространства при ходе плунжера вниз, что приводит к снижению производительности.
Кроме этого, насосно-скважинная установка с гибким тяговым органом требует проведения достаточно сложных монтажных и ремонтных работ, связанных с установкой и обслуживанием отклоняющего ролика и огибного блока, размещенных в призабойном пространстве.
Известен способ подъема пластовой жидкости, принятый в качестве прототипа, включающий спуск всасывающего устройства с плунжером и клапаном в колонну насосно-компрессорных труб, смонтированную внутри колонны обсадных труб скважины, при обеспечении доступа жидкости из призабойного пространства в межтрубное и надплунжерное пространства и из межтрубного пространства во внутреннюю полость колонны насосно-компрессорных труб, создание плунжером разрежения в призабойном пространстве, принудительное открытие плунжерного клапана в начальный момент спуска плунжера и принудительное закрытие плунжерного клапана в начальный момент подъема плунжера, при этом при спуске плунжера принудительно перекрывают надплунжерное пространство в колонне насосно-компрессорных труб выше плунжерного клапана на расстоянии хода плунжера и открывают его при подъеме плунжера (Патент RU 2292487, МКИ 7 F04B 47/02).
Известна насосная установка, принятая в качестве прототипа, содержащая колонну обсадных труб, колонну насосно-компрессорных труб, установленный в призабойной зоне пакер, который имеет каналы, соединяющие призабойное пространство с межтрубным, всасывающее устройство с плунжером, в расточке которого смонтирован клапан, а в корпусе выполнены каналы, соединяющие подплунжерное пространство с подклапанным, размещенное в колонне насосно-компрессорных труб, в которых выше пакера выполнены отверстия, соединяющие межтрубное пространство с внутренней полостью насосно-компрессорных труб, а также приводной тяговый орган, связанный с плунжерным клапаном и клапаном-отсекателем, смонтированным на тяговом органе, выше плунжерного клапана, на расстоянии хода плунжера, с возможностью взаимодействия с соответствующим ему пакером, смонтированным в колонне насосно-компрессорных труб (Патент RU 2292487, МКИ 7 F04B 47/02).
Недостатком этого способа и насосной установки является возможность перетока жидкости из межклапанного пространства колонны насосно-компрессорных труб в межтрубное во время хода плунжера вниз до перекрытия отверстий, сообщающих межклапанное пространство с межтрубным, что приводит к непроизводительному перекачиванию жидкости из межтрубного пространства в межклапанное и, соответственно, к снижению производительности насосной установки.
Усилие подъема пластовой жидкости передается тяговым органом через плунжерный клапан, что приводит к высоким контактным напряжениям на рабочих поверхностях пары клапан - седло и, как следствие, к их быстрому износу и сокращению межремонтных периодов.
Наличие отверстий в насосно-компрессорной трубе, расположенных выше пакера, отрицательно влияет на стойкость и долговечность уплотнений плунжера, которые два раза за цикл подъем - опускание проходят через кромки этих отверстий при высоком давлении столба жидкости, распирающем уплотнения, что также приводит к сокращению межремонтных периодов, снижению производительности и ухудшению экономических показателей работы скважины.
Задача, решаемая изобретением в части способа подъема пластовой жидкости и насосной установки для его осуществления, заключается в исключении возможности перетока поднимаемой жидкости из межклапанного пространства колонны насосно-компрессорных труб в межтрубное во время хода плунжера вниз.
Эта задача решается следующим образом. В известном способе подъема пластовой жидкости, включающем спуск всасывающего устройства с плунжером и клапаном в колонну насосно-компрессорных труб, смонтированную внутри колонны обсадных труб скважины, при обеспечении доступа жидкости из призабойного пространства в межтрубное и надплунжерное пространства и из межтрубного пространства во внутреннюю полость колонны насосно-компрессорных труб, создание плунжером разрежения в призабойном пространстве, принудительное открытие и закрытие плунжерного клапана, принудительное перекрытие надплунжерного пространства в колонне насосно-компрессорных труб выше плунжерного клапана при спуске плунжера на расстоянии хода плунжера и открытие его при подъеме плунжера, согласно изобретению спуск - подъем всасывающего устройства осуществляют воздействием усилия на плунжер, плунжерный клапан удерживают закрытым при подъеме и спуске плунжера, а принудительно открывают и закрывают в нижнем положении всасывающего устройства в пределах хода плунжерного клапана относительно его седла.
В известной насосной установке, содержащей колонну обсадных труб, колонну насосно-компрессорных труб, установленный в призабойной зоне пакер, который имеет каналы, соединяющие призабойное пространство с межтрубным, всасывающее устройство с плунжером, в расточке которого смонтирован клапан, размещенное в колонне насосно-компрессорных труб, приводной тяговый орган, связанный с всасывающим устройством и снабженый клапаном-отсекателем, смонтированным выше плунжерного клапана, на расстоянии хода плунжера, с возможностью взаимодействия с соответствующим ему пакером, смонтированным в колонне насосно-компрессорных труб, согласно изобретению тяговый орган связан с плунжером, призабойный пакер в нижней его части снабжен опорной площадкой, в которой выполнены каналы, соединяющие межтрубное и призабойное пространства с подклапанным, при этом седло плунжерного клапана выполнено в нижней части плунжера, а клапан смонтирован упруго по отношению к плунжеру и снабжен конечным упором, имеющим возможность контакта с опорной площадкой, длина части которого, выступающая за нижнюю поверхность плунжера, соответствует величине хода клапана относительно его седла, при этом плунжер имеет опорную деталь для взаимодействия с упругой связью плунжерного клапана, в которой выполнены каналы, соединяющие подплунжерное пространство с надплунжерным.
Тяговый орган соединен с плунжером посредством переходной детали, снабженной сквозными отверстиями, а клапан-отсекатель смонтирован упруго в продольном направлении относительно тягового органа, при этом на внутренней поверхности колонны насосно-компрессорных труб выше клапана-отсекателя с возможностью взаимодействия с ним смонтирован упор, в котором выполнены отверстия для прохода жидкости.
Плунжерный клапан и клапан-отсекатель могут быть выполнены коническими, при этом конечный упор выполнен в виде стержня, а клапан-отсекатель дополнительно снабжен упругим элементом, смонтированным между его нижней поверхностью и упорным кольцом, установленным на тяговом органе.
Плунжерный клапан и клапан-отсекатель могут быть выполнены шариковыми, при этом конечный упор выполнен в виде корзины-сепаратора с возможностью фиксации шарика клапана от выпадания, а клапан-отсекатель выполнен в виде нескольких шариковых клапанов, смонтированных в общей корзине-сепараторе с возможностью фиксации шариков от выпадания, охватывающей тяговый орган.
Таким образом, исключается возможность перетока жидкости из межклапанного пространства колонны насосно-компрессорных труб в межтрубное во время хода плунжера вниз.
На фиг.1 чертежа изображена насосная установка (исполнение с коническими клапанами) в крайнем нижнем положении в момент заполнения надплунжерного пространства пластовой жидкостью (плунжерный клапан открыт, клапан-отсекатель закрыт).
На фиг.2 чертежа изображена насосная установка (исполнение с коническими клапанами) в момент подъема пластовой жидкости (движение плунжера вверх, плунжерный клапан закрыт, клапан-отсекатель открыт).
На фиг.3 чертежа изображена насосная установка (исполнение с шариковыми клапанами) в крайнем нижнем положении в момент заполнения надплунжерного пространства пластовой жидкостью (плунжерный клапан открыт, клапан-отсекатель закрыт).
На фиг.4 чертежа изображена насосная установка (исполнение с шариковыми клапанами) в момент подъема пластовой жидкости (движение плунжера вверх, плунжерный клапан закрыт, клапан-отсекатель открыт).
Способ подъема пластовой жидкости включает спуск всасывающего устройства с плунжером и клапаном в колонну насосно-компрессорных труб, смонтированную внутри колонны обсадных труб скважины, при обеспечении доступа жидкости из призабойного пространства в межтрубное и надплунжерное пространства и из межтрубного пространства во внутреннюю полость колонны насосно-компрессорных труб, создание плунжером разрежения в призабойном пространстве, принудительное открытие и закрытие плунжерного клапана в нижнем положении всасывающего устройства в пределах хода плунжерного клапана относительно его седла, принудительное перекрытие надплунжерного пространства в колонне насосно-компрессорных труб выше плунжерного клапана при спуске плунжера на расстоянии хода плунжера и открытие его при подъеме плунжера, при этом спуск - подъем всасывающего устройства осуществляют воздействием усилия на плунжер, а плунжерный клапан удерживают закрытым при подъеме и спуске плунжера.
Таким образом, исключается возможность перетока жидкости из межклапанного пространства колонны насосно-компрессорных труб в межтрубное во время хода плунжера вниз, увеличиваются межремонтные периоды и повышается производительность скважины.
Способ подъема пластовой жидкости реализуется на насосной установке, описанной ниже.
Насосная установка состоит из колонны обсадных труб 1 с фильтром в призабойном пространстве, колонны насосно-компрессорных труб 2, опертых на пакер 3 с опорной площадкой 4, смонтированный в призабойном пространстве, плунжера 5, установленного в колонне насосно-компрессорных труб 2, при этом в плунжере 5 установлен клапан 6, имеющий возможность взаимодействия с седлом 7, выполненным на внутренней поверхности расточки плунжера 5. Внутри плунжера 5 имеется опорная деталь 8, сквозь которую пропущен хвостовик клапана 6, а между опорной деталью 8 и клапаном 6 смонтирован упругий элемент 9, например пружина или эластичная втулка. Клапан 6 снабжен конечным упором 10, имеющим возможность взаимодействия с опорной площадкой 4, длина части которого, выступающая за нижнюю поверхность плунжера 5, соответствует величине хода клапана 6 относительно седла 7. В опорной детали 8 выполнены каналы 11, соединяющие призабойное пространство с надплунжерным. Плунжер 5 соединен с тяговым органом 12 посредством переходной детали 13 с отверстиями 14. Тяговый орган 12 имеет возможность перемещения от привода 15.
В пакере 3 выполнены каналы 16, соединяющие призабойное пространство с межтрубным.
На тяговом органе 12 выше клапана 6 на расстоянии хода плунжера 5 установлен клапан-отсекатель 17, а в колонне насосно-компрессорных труб 2 установлен пакер 18 с возможностью взаимодействия седлом 19 с клапаном-отсекателем 17. Клапан-отсекатель 17 имеет возможность взаимодействия с упором 20, смонтированным на колонне насосно-компрессорных труб, а между клапаном-отсекателем 17 и упором 20 смонтирован упругий элемент 21, например пружина или эластичная втулка, при этом упругий элемент 21 обеспечивает надежное прижатие клапана 17 к седлу 19 пакера-отсекателя 18, а также компенсацию вытяжки и неточность установки клапана-отсекателя 17 по длине тягового органа 12. В упоре 20 выполнены каналы 22 для прохода жидкости в полость насосно-компрессорных труб и далее на поверхность.
Плунжерный клапан 6 и клапан-отсекатель 17 могут быть выполнены коническими (исполнение на фиг.1, 2) или шариковыми (исполнение на фиг.3, 4).
В случае выполнения клапанов 6, 17 коническими упор 10 выполнен в виде хвостовика, при этом клапан-отсекатель 17 снабжен упругим элементом 24, смонтированным между его нижней поверхностью и упорным кольцом 23, установленным на тяговом органе 12.
В случае выполнения клапанов 6, 17 шариковыми конечный упор 10 выполнен в виде корзины-сепаратора с возможностью фиксации шарика клапана от выпадания, а клапан-отсекатель 17 выполнен в виде нескольких шариковых клапанов, смонтированных в общей корзине-сепараторе 25 с возможностью фиксации шариков от выпадания, охватывающей тяговый орган 12, которая имеет возможность взаимодействия с упорным кольцом 23 и упругим элементом 26.
Шариковые клапаны имеют в настоящее время преимущественное использование, а фиксация шариков от выпадания позволяет использовать насосную установку в наклонных и криволинейных скважинах.
Насосная установка работает следующим образом.
Тяговый орган 12 посредством привода 15 производит опускание плунжера 5, при этом плунжерный клапан 6 находится в закрытом положении. В конце спуска плунжера 5 конечный упор 10 клапана 6 упирается в опорную площадку 4, обеспечивая подъем клапана 6 над седлом 7 и приток жидкости из призабойной зоны и межтрубного пространства в межклапанное. При подъеме плунжера 5 клапан 6 остается на месте, а седло 7 вместе с плунжером 5 подтягивается к клапану 6 до его полного с ним контакта. Таким образом клапан 6 закрывается и находится в закрытом состоянии на протяжении всего подъема и последующего спуска.
Клапан-отсекатель 17 в процессе движения плунжера 5 вниз вступает в контакт с седлом 19 пакера-отсекателя 18, при этом перекрывается переток поднимаемой жидкости в надплунжерное пространство и из надплунжерного пространства в призабойное.
В процессе движения тягового органа вверх клапан-отсекатель 17 отходит от седла 19 пакера-отсекателя 18. Таким образом, плунжер 5 с закрытым клапаном 6 поднимает пластовую жидкость, находящуюся в надплунжерном пространстве через открывшийся клапан-отсекатель 17 на поверхность.
Вслед за плунжером 5 столб жидкости из призабойного и межтрубного пространства устремляется в подплунжерное и при движении плунжера вверх через открытый клапан-отсекатель 17 поступает на поверхность.