УСТАНОВКА ШТАНГОВОГО ВИНТОВОГО НАСОСА
INSTALLATION OF BOTTOM-HOLE SCREW PUMP

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации нефтяных скважин с высоковязкой продукцией.
Известна «Глубинно-насосная установка для добычи высоковязкой нефти» (свидетельство на полезную модель RU №27651, МПК Е04В 47/02, опубл. Бюл. №4 от 10.02.2003 г.), включающая скважинный штанговый насос, колонну штанг, колонну НКТ, обратный клапан, перфорированный патрубок, пакер со скользящим разъемом и шток, соединяющий колонну штанг с плунжером насоса, выполненным с управляемым нагнетательным клапаном. Между перфорированным патрубком и обратным клапаном размещен разобщитель, в отверстии которого шток расположен с минимальным гарантированным радиальным зазором, а над разобщителем расположен обратный клапан.
Недостатками установки являются значительные сопротивления в клапанных узлах и полости плунжера при перетекании по ним высоковязкой нефти.
Известна также «Скважинная штанговая насосная установка» (патент RU №2328623, МПК Е04В 47/02, опубл. Бюл. №19 от 10.07.2008 г.), содержащая штанговый насос, колонну насосных труб и штанг, сальник, пакер со сквозным эксцентричным осевым каналом и отводящий патрубок. Прием штангового насоса снабжен конусообразным рассеивателем, причем периферийные отверстия рассеивателя по наибольшей горизонтальной стороне выполнены под углом 45° по отношению к обсадной трубе колонне скважины, при этом отводящий патрубок через пакер с эксцентричным осевым каналом соединен с конусообразным рассеивателем трубкой.
Недостатками установки являются сложность ее конструкции, высокая трудоемкость монтажа в скважине, а также то, что для нормальной работы установки необходима постоянная подача маловязкой жидкости в рассеиватель, что требует дополнительного насосного оборудования, резервуара с маловязкой жидкостью на устье скважины и дополнительных затрат электроэнергии на ее закачку в скважину, а также снижение производительности отбора нефти из продуктивного пласта, поскольку в насос поступает продукция уже с некоторым количеством маловязкой жидкости.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка штангового винтового насоса (Скважинная добыча нефти: учебник / М.М.Кабиров, Ш.А.Гафаров. - Спб.: ООО «Недра», 2010. - С.325-330), включающая колонну труб со статором, ротор со штангами и центраторами, устанавливаемые соответственно в статоре и колонне труб с возможностью вращения при помощи устьевого привода, причем вход насоса сообщен с обсадной колонной, а выход - с колонной труб.
Недостатком данной установки является то, что при подъеме по колонне труб вязкой нефти вращающаяся колонна штанг с центраторами взаимодействует с ней, при этом возрастают нагрузки на колонну штанг и наземный привод, повышается расход электроэнергии, снижается межремонтный период работы установки, а при откачке обводненной нефти в колонне труб при вращении колонны штанг с центраторами образуется высоковязкая водонефтяная эмульсия, при этом нагрузки на колонну штанг и наземный привод столь значительны, что приводят к отказу их в работе. Другим недостатком является невозможность подачи непосредственно на прием насоса химических реагентов, что снижает технологические возможности установки.
Техническими задачами изобретения являются снижение нагрузок на колонну штанг и привод, экономия электроэнергии, предотвращение образования стойкой водонефтяной эмульсии и повышение межремонтного периода работы установки при эксплуатации обводненных нефтяных скважин за счет исключения взаимодействия вращающейся колонны штанг с обводненной вязкой нефтью при ее подъеме на поверхность, расширение технологических возможностей установки за счет осуществления постоянной гидравлической связи полости обсадной колонны в месте поступления вязкой нефти в насос с устьем скважины.
Техническая задача решается установкой штангового винтового насоса, включающей колонну труб со статором, ротор со штангами и центраторами, устанавливаемые соответственно в статоре и колонне труб с возможностью вращения при помощи устьевого привода, причем вход насоса сообщен с обсадной колонной, а выход - с колонной труб.
Новым является то, что колонна труб снабжена пакером, размещаемым выше места сообщения входа насоса с обсадной колонной, а внутри колонны труб выше статора размещен узел герметизации, изолирующий пространство между колонной штанг и колонной труб с образованием внутритрубных верхней и нижней полостей, сообщенных с обсадной колонной выше пакера, причем верхняя полость сообщена через обратный клапан, при этом обсадная колонна на устье сообщена с линией отбора продукции пласта скважины, а верхняя полость колонны труб - с линией нагнетания.
Новым является также то, что штанга, взаимодействующая с узлом герметизации, выполнена в виде полированного штока, причем длина части штока, располагаемой ниже узла герметизации, больше длины ротора.
Новым является также и то, что устьевой шток, штанги и ротор выполнены полыми с возможностью сообщения устья скважины с обсадной колонной ниже пакера.
На чертеже схематично показан общий вид установки штангового винтового насоса.
Установка включает насос 1, состоящий из статора 2, установленного в нижней части колонны труб 3, и ротора 4, размещенного в статоре 2 и соединенного через колонну штанг 5 с центраторами 6, размещенную в колонне труб 3, с устьевым приводом 7 (показан условно). Колонна труб 3 снабжена пакером 8, разделяющим обсадную колонну 9 на полости 10 и 11, расположенные соответственно над и под пакером 8, при этом пакер 8 размещен выше места 12 сообщения входа 13 насоса 1 с полостью 11 обсадной колонны 9 над продуктивным пластом 14.
Внутри колонны труб 3 выше статора 2 размещен узел герметизации 15, изолирующий пространство между колонной штанг 5 и колонной труб 3 с образованием внутритрубных верхней 16 и нижней 17 полостей, сообщенных с полостью 10 обсадной колонны 9 выше пакера 8. Верхняя полость 16 колонны труб 3 сообщена с полостью 10 обсадной колонны 9 через обратный клапан 18, а нижняя полость 17 колонны труб 3 - через отверстия 19, выполненные, например, в переводнике 20 в составе колонны труб 3, при этом полость 10 обсадной колонны 9 на устье 21 сообщена с линией 22 отбора продукции пласта 14, а верхняя полость 16 колонны труб 3 - с линией нагнетания 23.
Штанга 24, входящая в состав колонны штанг 5 и взаимодействующая с узлом герметизации 15, выполнена в виде полированного штока, причем длина части 25 полированного штока 24, расположенной ниже узла герметизации 15, превышает длину ротора 4.
Устьевой шток 26, колонна штанг 5 с полированным штоком 24 и ротор 4 выполнены полыми с возможностью сообщения полости 11 обсадной колонны 9 ниже пакера 8 с устьем 21 скважины 27.
Установка штангового винтового насоса работает следующим образом.
После монтажа установки в скважине 27 верхняя полость 16 колонны труб 3 через нагнетательную линию 23 заполняется маловязкой жидкостью, например легкой маловязкой нефтью, при этом жидкость глушения, находящаяся в верхней полости 16 колонны труб 3 после монтажа установки, вытесняется через обратный клапан 18 в полость 10 обсадной колонны 9, после чего установку пускают в работу. Устьевой привод 7 через устьевой шток 26, герметизируемый на устье 21 с помощью устьевого сальника 28, и колонну штанг 5 передает вращательное движение ротору 4. При необходимости статор 2, соединенный с колонной труб 3, может быть зафиксирован от проворота в обсадной колонне 9 обычным якорем 29 винтовых насосов, который устанавливается ниже пакера 8. Вязкая нефть поступает из продуктивного пласта 14 в полость 11 обсадной колонны 9 через канал 30 пакера 8 на вход 13 насоса 1, которым нагнетается в нижнюю полость 17 колонны труб 3 и далее через отверстия 19 в полость 10 обсадной колонны 9, по которой поднимется к устью 21 и далее в линию 22 отбора продукции. Обратный клапан 18 предотвращает попадание вязкой нефти в верхнюю полость 16 колонны труб 3, поэтому колонна штанг 5 с центраторами 6 практически без гидродинамического трения и нагрузок вращается в маловязкой жидкости, а вязкая нефть по полости 10, имеющей значительное проходное сечение, с минимальной скоростью, а следовательно, и с минимальными гидродинамическими сопротивлениями поднимается к устью 21.
Поскольку при работе насоса 1 ротор 2 совершает как вращательное, так и планетарное движение, между ротором 1 и штангой 24, взаимодействующей с узлом герметизации 15 и выполненной в виде полированного штока, устанавливается укороченная штанга 31, которая при работе насоса 1, вращаясь, описывает конус (не показан). В месте соединения укороченной штанги 31 со штангой 24 может быть установлен центратор 32, поглощающий планетарное движение и стабилизирующий работу вышерасположенной штанги 24, что повышает надежность работы узла герметизации 15.
Через обратный клапан 18 по полости 16 колонны труб 3 при необходимости может быть организована дозированная, например, устьевым дозатором (не показан), подсоединенным к линии нагнетания 23, подача химических реагентов (деэмульгаторов, ингибиторов коррозии, ингибиторов солеотложения, ингибиторов асфальтосмолистых и парафиновых отложений (АСПО) и проч.), а также промывка полости 10 обсадной колонны 9, по которой производится подъем вязкой нефти. При опасности оседания песка в полости 10 обсадной колонны 9 пакер 8 может быть размещен непосредственно под отверстиями 19 (не показано), а по колонне труб 3 через клапан 18 в эту полость 10 организован подлив жидкости с расходом, обеспечивающим скорость подъема жидкости в полости 10 выше, чем скорость осаждения песка.
Установленные на колонне штанг 5 центраторы 6 предотвращают взаимное истирание колонны штанг 5 и колонны труб 3.
Благодаря тому, что длина части 25 полированного штока 24, располагаемой ниже узла герметизации 15, больше длины ротора 4, ротор 4 может быть извлечен из статора 2 подъемом колонны штанг 5 на величину, превышающую длину ротора 4. При этом ротор 4 полностью выйдет из статора 2 (не показано), а полость 10 обсадной колонны 9 над пакером 8 сообщится через полость статора 2 и канал 30 пакера 8 с полостью 11, что расширяет технологические возможности установки и позволяет произвести гидродинамические исследования пласта (снижением уровня в межтрубном пространстве), выполнить глушение скважины (продавкой в пласт), а также закачать в пласт реагенты (например, ингибитор солеотложения), неагрессивные к материалу статора 2 насоса 1, пакера 8 и узла герметизации 15.
В исполнении установки, когда устьевой шток 26, колонна штанг 5 с полированным штоком 24 и ротор 4 выполнены полыми и соединены между собой с образованием сквозного канала 33 (показан пунктирной линией), обеспечивается постоянная гидравлическая связь устья 21 с полостью 11 обсадной колонны 9 и, соответственно, с продуктивным пластом 14 для его исследований, а также, при необходимости, обеспечивается возможность подачи на прием 13 насоса 1 химических реагентов, для чего, например, с верхнего конца устьевого штока 26 снимается крышка 34 и через дополнительное герметизирующее устройство (не показано) подсоединяется соответствующая исследовательская или иная аппаратура ( не показана), что также расширяет технологические возможности установки.
Такое выполнение установки штангового винтового насоса позволяет исключить взаимодействие вращающейся колонны штанг с вязкой нефтью при ее подъеме на поверхность, предотвратить образование высоковязкой водонефтяной эмульсии при добыче обводненной нефти, снизить нагрузки на колонну штанг и привод, что ведет к экономии электроэнергии и повышению межремонтного периода работы установки, а также расширить технологические возможности установки за счет осуществления постоянной гидравлической связи полости обсадной колонны, сообщенной с входом насоса с устьем скважины.