Установка для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины
INSTALLATION FOR GAS EXTRACTION FROM THE ANNULAR SPACE OF AN OIL WELL

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для отбора газа из затрубного пространства (затрубья) нефтяной скважины.
Известна установка для водогазового воздействия на нефтяной пласт (патент RU № 2500883, МПК Е21В 43/16, опубл. 10.12.2013 Бюл. № 34), включающая центробежный насос для перекачки рабочей жидкости без газа, приемные линии для газа и жидкости, две емкости со всасывающими и нагнетательными клапанами, расположенными в верхней части, линиями отбора и нагнетания жидкости, расположенными в нижних частях и сообщенными с выкидом и приемом насоса через симметрично расположенные высоконапорные и низконапорные краны, причем на входной линии для воды параллельно основному центробежному насосу размещен дополнительный насос, напорная сторона которого сообщена с рабочим соплом жидкостно-газового эжектора, приемная камера которого соединена с газовой линией, а выкид - с верхними частями емкостей, на линии входа жидкости в эжектор последовательно расположены регулирующий клапан и дроссель, причем запорный орган регулирующего клапана гидравлически сообщен с выкидом эжектора и входом в дроссель.
Недостатками данной установки являются сложная система управления, большое количество деталей, в том числе и сложно настраиваемых (например, струйный насос), что приводит к сложностям в изготовлении, настройке и обслуживании, при этом установка производит постоянный отбор газа из затрубья скважины без учета состояния вскрытого пласта, что может привести к снижению его продуктивности из-за неправильной эксплуатации.
Насосная установка для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины (патент RU № 2630490, МПК Е21В 43/00, опубл. 11.09.2017 Бюл. № 26), включающая две емкости с подводящими к ним газовыми линиями, соединенными с затрубным пространством скважины, и отводящими газовыми линиями, соединенными с выкидным коллектором скважины, всасывающие и нагнетательные клапаны, установленные соответственно на подводящих и отводящих газовых линиях, насос для перекачки рабочей жидкости, линии для входа и выхода жидкости в нижних частях обеих емкостей, каждая из которых сообщена с приемной и напорной сторонами перекачивающего насоса, переключатель потоков жидкости, расположенный на этих линиях между насосом и емкостями, причем в каждой из емкостей размещены гибкие растягивающиеся мембраны, герметично разделяющие емкости на две равные части, а пространство каждой емкости над мембраной заполнено жидкостью объемом, равным объему мертвого пространства над мембраной в газовой линии между верхней точкой емкости и клапанами для входа и выхода откачиваемого газа в цикле его вытеснения из емкости.
Недостатками данной установки являются сложная система управления, большое количество деталей, в том числе и сложно настраиваемых (например, датчиков давления в зависимости от упругости соответствующих мембран), что приводит к сложностям в изготовлении, настройке и обслуживании, при этом она производит практически постоянный отбор газа из затрубья скважины без учета состояния вскрытого пласта, что может привести к снижению его продуктивности из-за неправильной эксплуатации.
Технической задачей предлагаемого технического решения является создание конструкции простой и надежной установки для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины, позволяющей циклически отбирать газ из затрубья с изменением цикла в зависимость от количества выделяющегося газа.
Техническая задача решается установкой для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины, включающей рабочую емкость с датчиками уровня, подводящей газовой линией, сообщенной с затрубным пространством скважины, и отводящей газовой линией, соединенный с выкидным коллектором скважины, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно на подводящей и отводящей газовых линиях, насос для перекачки рабочей жидкости, соединенный приемной стороной с питательной емкостью, линии входа и выхода жидкости, сообщенные с нижней частью рабочей емкости, причем линия входа соединена с напорной стороной насоса, а линия выхода – с питательной емкостью через переключатель потока жидкости, функционально связанный с блоком управления, получающим сигналы с датчиков уровня жидкости.
Новым является то, что датчики уровня изготовлены в виде герконов, расположенных внутри вставленной в рабочую емкость герметичной трубки соответственно на уровне максимального и минимального уровня рабочей жидкости, снаружи которой установлен с возможностью продольного перемещения поплавок с магнитом, насос оснащен блоком пуска и выключения функционально связанным с блоком управления, а переключатель потока изготовлен в виде управляемой задвижки, выполненной с возможностью синхронного закрытия с пуском насоса или открытия с остановкой насоса, при этом рабочая емкость установлена выше питательной емкости настолько, чтобы при максимальном перепаде уровней между ними в затрубье скважины не создавалось критически низкого давления после открытия переключателя потока.
Новым является также то, что переключатель потока в открытом состоянии оснащен проходным сечением, обеспечивающим слив рабочей жидкости из рабочей в питательную емкость за время максимально возможного наполнения в массовом исчислении газом рабочей емкости из затрубного пространства.
На чертеже показана схема работы установки.
Установка для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины включает в себя рабочую емкость 1 с верхним 2 и нижним 3 датчиками уровня, подводящей газовой линией 4, сообщенной с затрубным пространством (затрубье) скважины (не показаны), и отводящей газовой линией 5, соединенный с выкидным коллектором скважины (не показан), всасывающий 6 и нагнетательный 7 клапаны, установленные соответственно на подводящей 4 и отводящей 5 газовых линиях, насос 8 для перекачки рабочей жидкости 9, соединенный приемной стороной с питательной емкостью 10. Установка содержит также сообщенные с нижней частью рабочей емкости 1 линии входа 11 и выхода 12 жидкости. Линия входа 11 соединена с напорной стороной насоса 8, а линия выхода 12 – с питательной емкостью 10 через переключатель потока 13 жидкости, функционально связанный с блоком управления 14, получающим сигналы с датчиков уровня 2 и 3 жидкости. Датчики уровня 2 и 3 изготовлены в виде герконов, расположенных внутри вставленной в рабочую емкость 1 герметичной трубки 15 соответственно на уровне максимального и минимального уровня рабочей жидкости 9. Снаружи трубки 15 установлен с возможностью продольного перемещения поплавок 16 с магнитом 17 (показан условно). Насос 8 оснащен блоком 18 пуска и выключения функционально связанным с блоком управления 14, а переключатель потока 13 изготовлен в виде управляемой задвижки, выполненной с возможностью синхронного закрытия с пуском насоса 8 или открытия с остановкой насоса 8. Рабочая емкость 1 установлена выше питательной емкости 10 настолько, чтобы при максимальном перепаде уровней h между ними в затрубье скважины не создавалось критически низкого давления, которое может вызвать негативные воздействие (например, в виде «схлопывания» трещин в коллекторе пласта – не показан) на вскрытый в скважине пласт, после открытия переключателя потока 13. Критическое давление определяется технологами в ходе исследования пласта скважины, авторы на это не претендуют.
Для обеспечения максимальной эффективности работы установки переключатель потока 13 в открытом состоянии может быть оснащен проходным сечением (жиклером на выходе или входе, тарированным отверстием внутри переключателя потока 13 или т.п., - не показаны), обеспечивающим слив рабочей жидкости 9 из рабочей 1 в питательную 10 емкость за время максимально возможного наполнения в массовом исчислении (определяется эмпирическим путем) газом рабочей емкости 1 из затрубного пространства. Это необходимо, так как при сильном разряжении (вакуумировании) в рабочей емкости 1 будет перекачиваться небольшое количество газа на одно возвратно-поступательное перемещение уровня рабочей жидкости 9, что значительно снижает коэффициент полезного действия (КПД) всей установки. На конструкцию проходного сечения переключателя потока 13 авторы не претендуют, так как подобные технические решения известны в большом количестве из открытых источников. При этом переключатель потока 13 одноходовой и имеет две позиции: «открыто» и «закрыто», что упрощает и делает значительно надежнее его конструкцию по сравнению с наиболее близким аналогом.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность установки, на чертеже не показаны или показаны условно.
Установка работает следующим образом.
Перед пуском установку собирают на устье соответствующей скважины. Для этого подводящую газовую линию 4 рабочей емкости 1 с всасывающим клапаном 6 соединяют через устьевую арматуру (не показана) с затрубным пространством скважины, а отводящую газовую линию 5 с нагнетательным клапаном 7 – с выкидным коллектором скважины. Выход насоса 8 соединяют с линией входа 11 рабочей емкости 1, а вход – с низом питательной емкости 10. Для исключения несанкционированного перетока рабочей жидкости 9 из рабочей емкости 1 на вход насоса 8 линию входа 11 могут оснащать клапаном 19. Рабочая емкость 1 линией выхода 12 через переключатель потока 13 сообщают с питательной емкостью 10. Блок 18 насоса 8, переключатель потока 18 и датчики уровня 2 и 3 соответствующими управляющими кабелями (показаны условно) соединяют с блоком управления 14. В питательную емкость 10 заливают необходимый объем (определяется эмпирическим путем) рабочей жидкости 9. Установка готова к эксплуатации.
После чего включают блок управления 14, который при закрытом переключателе потока 13 запускает в работу при помощи блока 18 насос 8, который по линии входа 11 нагнетает рабочую жидкость 9 из питательной емкости 10 в рабочую емкость 1. Результате уровень рабочей жидкости 9 в рабочей емкости 1 вместе с поплавком 16, перемещающимся вдоль трубки 15, поднимается, а газ сверху рабочей емкости 1 вытесняется через открывающийся нагнетательный клапан 7 по отводящей газовой линии 5 в выкидной коллектор скважины. При достижении под действием рабочей жидкости 9 поплавком 17 верхнего датчика уровня 2, магнит 17 поплавка 16 переключает датчик уровня 2, что фиксируется блоком управления 14. Блок управления 14 подает сигналы на переключатель потока 13 и блок 18 насоса 8. В результате насос 8 останавливается, а переключатель потока 13 – открывается. Рабочая жидкость 9 из рабочей емкости 1 под действием перепада уровней h по линии выхода 12 сливается в питательную емкость 10. При этом уровень рабочей жидкости 9 в рабочей емкости 1 снижается, создавая сверху разряжение, под действием которого нагнетательный клапан 7 закрывается, всасывающий клапан 6 открывается и газ из затрубного пространства скважины по подводящей газовой линии 4 поступает в рабочую емкость 1.
Скорость снижения уровня рабочей жидкости 9 в рабочей емкости 1 зависит от количества выделяющегося газа и не является постоянной величиной, что позволяет автоматически менять скорость отбора в зависимости от состояния продукции пласта и наличия газа в ней без перестройки работы всего устройства.
При достижении под действием рабочей жидкости 9 поплавком 17 нижнего датчика уровня 3, магнит 17 поплавка 16 переключает датчик уровня 3, что фиксируется блоком управления 14. Блок управления 14 подает сигналы на переключатель потока 13 и блок 18 насоса 8. В результате насос 8 включается, а переключатель потока 13 – закрывается, завершая при этом цикл работы установки.
Циклы закачки рабочей жидкости 9 в рабочую емкость 1 и ее слив из нее повторяется, обеспечивая перекачку газа из затрубного пространства скважины в выкидной коллектор. Циклический отбор газа из скважины, как показывает практика эксплуатации скважин в Республики Татарстан (РТ), стимулирует работу вскрытого продуктивного пласта скважины, что позволяет увеличить коэффициент извлечения нефти (КИН) примерно на 1%.
Предлагаемая установка для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины проста и надежна, при этом позволяет циклически отбирать газ из затрубья с изменением цикла в зависимость от количества выделяющегося газа.