СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБРОСА ГАЗА
DOWNHOLE DEVICE FOR GAS DISCHARGE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в составе погружных насосных установок при откачке жидкости из скважин с высоким содержанием газа.
Известен способ эксплуатации скважин установкой электроцентробежного насоса (УЭЦН), включающий ввод скважины в эксплуатацию, добычу скважинного продукта, остановки, повторные запуски установки, которая включает герметично свинченные насосно-компрессорные трубы, двигатель, электроцентробежный насос, который содержит корпус, вал, ступени, основание и ловильную головку, герметично установленный над насосом обратный клапан. В нижней части насоса установлено запорное устройство насоса в виде, по крайней мере, одного клапана, состоящего из неподвижного корпуса и динамической втулки, установленной на валу, которое во время остановки насоса герметично, а во время работы насоса открывается и соединяет нижнюю часть насоса с затрубным пространством. По варианту исполнения в верхней части насоса до обратного клапана установлено газоотводящее устройство насоса, которое во время работы насоса герметично, а во время остановки открывается и соединяет верхнюю часть насоса с затрубным пространством (по патенту RU2629290, E21B43/12, E21B34/06, опубл. 28.08.17).
Как следует из описания, газоотводящее устройство закрывается при наличии давления на выходе насоса. Это обеспечит перепад давления на газоотводящем клапане газоотводящего устройства насоса, что обеспечит его закрытие. Также в описании сказано, что ширина каналов в газоотводящем клапане больше, чем в запорном клапане, установленном на входе в насос, ширина каналов которого рассчитана на номинальную подачу насоса. Из этого следует, что при отсутствии давления на выходе насоса, как это бывает  при его запуске после спуска в скважину, газоотводящий клапан будет открыт, и насос будет качать жидкость не вверх на устье скважины, а через клапан в затрубное пространство. Поэтому для запуска установки, оснащенной таким устройством, будет требоваться закачка жидкости с устья скважины на выход насоса для создания давления столба жидкости на обратный клапан, расположенный над газоотводящим устройством. Это позволит обеспечить давление на выходе насоса при его запуске. Также, необходимым условием запуска насоса будет его работа на повышенных оборотах для увеличения подачи до значений, превышающих пропускные способности газоотводящего клапана. Все это сильно усложняет процесс эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением является модуль газоотводящего клапана электроцентробежного насоса, включающий нормально открытый обратный клапан внутри корпуса, установленного над головкой электроцентробежного насоса для эксплуатации скважин с высоким содержанием свободного газа в пластовой жидкости. При этом упомянутый насос включает насосно-компрессорные трубы (НКТ), головку, основание с входными отверстиями для пластовой жидкости и ступенями для повышения давления и растворения свободного газа в пластовой жидкости. Обратный клапан обеспечивает возможность при остановке электроцентробежного насоса соединения его напорной области с затрубным пространством, снижения давления в электроцентробежном насосе до давления в затрубном пространстве, выделения растворенного газа из пластовой жидкости и его вытеснения в затрубное пространство через обратный клапан с помощью пластовой жидкости от входных отверстий. При этом при повторном запуске электроцентробежного насоса обеспечена возможность закрытия обратного клапана модуля и штатный режим работы устройства (по патенту RU2619574, E21B43/00, F21D13/10, опубл. 16.05.17).
Подробного описания устройства и работы нормально открытого обратного клапана, являющегося основным элементом модуля газоотводящего клапана электроцентробежного насоса, в патенте нет. Из описания следует, что клапан закрывается при работе насоса, наличии потока жидкости и увеличении давления на входе в клапан. То есть, из этого следует, что условием его закрытия будет наличие давления жидкости. Это возможно после выхода всего газа через клапан и подачи жидкости насосом под давлением. Однако при спуске насоса и его запуске получить давление на выходе насоса сразу не удастся, клапан будет открыт, и часть жидкости будет прокачиваться через клапан до тех пор, пока в НКТ не наберется столб жидкости, достаточный для создания давления, необходимого для закрытия клапана. В результате время ожидания подачи на устье скважины увеличивается. Некоторое время насос будет работать неэффективно, тратя электроэнергию на перекачку жидкости в затрубное пространство. Кроме того, прокачка пластовой жидкости через клапан приведет к его быстрому засорению и отказу. В описании указана возможность применения фильтров на входе и выходе из клапана, однако конструктивно исполнить их для скважинной эксплуатации, обеспечив большую площадь фильтрации, проблематично. Поэтому прокачка жидкости через фильтры приведет к их быстрому засорению и, как следствие, снижению эффективности сброса газа вплоть до полного прекращения.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении стабильной и эффективной работы установки электроцентробежного насоса при перекачивании жидкости с высоким газовым фактором за счет использования скважинного устройства для сброса газа. Второстепенным техническим результатом является расширение арсенала технических средств.
Указанный основной технический результат достигается тем, что скважинное устройство для сброса газа состоит из основания и головки, соединенных корпусом, внутри выполнена полость, разделённая поршнем на подпоршневую полость, связанную с входом устройства, и надпоршневую полость, связанную с затрубным пространством, в каковой надпоршневой полости установлена пружина, поджимающая поршень, и запорный элемент, а в поршне выполнен сквозной канал с дроссельным отверстием и седлом, установленным со стороны запорного элемента.
Кроме того, между входом устройства и подпоршневой полостью может быть выполнен гравитационный лабиринт.
Кроме того, запорный элемент может быть выполнен в виде шарика, конуса или тарельчатого типа.
Кроме того, головка, основание и корпус могут быть выполнены как единое целое.
Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами, на которых изображен частный случай его реализации:
Фиг. 1 – скважинное устройство для сброса газа, продольный разрез;
Фиг. 2 – использование устройства для сброса газа из УЭЦН;
Фиг. 3 – использование устройства для сброса газа из подпакерной зоны.
Скважинное устройство для сброса газа (фиг. 1) состоит из головки 1 и основания 2, соединенных между собой корпусом 3. Внутри головки 1 выполнена полость 4, которая разделена поршнем 5 на подпоршневую полость 6 и надпоршневую полость 7. Подпоршневая полость 6 связана через канал 8 и гравитационный лабиринт 9 с входом 10 устройства. Надпоршневая полость 7 связана через канал 11 с затрубным пространством 12. В надпоршневой полости 7 установлен запорный элемент 13 в виде шарика, поджатого упором 14, и пружина 15, поджимающая поршень 5. В поршне 5 выполнен сквозной канал 16 с дроссельным отверстием 17 и седлом 18, установленным со стороны запорного элемента 13.
В случае исполнения устройства без гравитационного лабиринта 9, головка 1, основание 2 и корпус 3 могут быть выполнены как единое целое.
Применение.
Устройство может использоваться для сброса газа из УЭЦН, эксплуатируемых в скважинах с высоким газовым фактором (фиг. 2). В этом случае скважинное устройство для сброса газа 19 устанавливается на выходе из УЭЦН 20 под обратным клапаном 21. Вся компоновка подвешена на колонне НКТ 22. После спуска в скважину УЭЦН 20 запускают в работу, и пластовая жидкость начинает нагнетаться в НКТ 22. Жидкость проходит через устройство 19. При этом часть жидкости проходит наверх, обратный клапан 21 открывается и жидкость начинает заполнять НКТ 22. Другая часть жидкости через гравитационный лабиринт 9 и канал 8 поступает в подпоршневую полость 6, где за счет малого сечения дроссельного отверстия 17 и большой площади поршня 5 создается избыточное давление, которое, воздействуя на поршень 5, сдвигает его, обеспечивая контакт запорного элемента 13 и седла 18. Прохождение жидкости в затрубное пространство 12 перекрывается. УЭЦН 20 перекачивает жидкость на поверхность по колонне НКТ 22.
При остановке УЭЦН 20, обратный клапан 21 закрывается. Давление внутри УЭЦН 20 падает, начинает выделяться растворенный в жидкости газ, который, поднимаясь вверх, вытесняет жидкость из УЭЦН. Одновременно с этим газ через гравитационный лабиринт 9 и канал 8 поступает в подпоршневую полость 6 устройства 19. За счет выравнивания давления внутри УЭЦН 20 и затрубным пространством 12 и разных физических свойств газа и жидкости пружина 15 сдвигает поршень 5. Запорный элемент 13 выходит из соприкосновения с седлом 18, тем самым, обеспечивая связь УЭЦН 20 с затрубным пространством 12. Газ выходит в затрубное пространство 12 и УЭЦН 20 заполняется жидкостью. Появляется возможность повторного запуска.
Другим возможным способом применения скважинного устройства для сброса газа является его использование для сброса газа из подпакерной зоны при добыче пластовой жидкости с высоким газовым фактором УЭЦН, оснащенными газосепараторами. В этом случае устройство устанавливается над УЭЦН 20, эксплуатируемого без обратного клапана, под пакером 23. При работе УЭЦН 20 газосепаратор непрерывно сбрасывает газ в затрубное пространство 12, а пакер 23 не позволяет ему подниматься на поверхность. В результате под пакером 23 скапливается газ, что может привести к срыву подачи УЭЦН 20. Если это произошло, то необходимо дождаться слива жидкости из НКТ 22. Когда уровень жидкости будет ниже устройства 19, пружина 15 сдвигает поршень 5. Запорный элемент 13 выходит из соприкосновения с седлом 18, тем самым, обеспечивая связь затрубного пространства 12 с пространством внутри НКТ 22. Газ, скопившийся под пакером 23, поступает в НКТ 22 и поднимается наверх. Это дает возможность снова запустить УЭЦН 20 в работу.
Скважинное устройство для сброса газа позволяет обеспечить стабильную и эффективную работу УЭЦН при перекачивании жидкости с высоким газовым фактором. Применение в конструкции скважинного устройства поршня с дроссельным отверстием позволяет обеспечить его быстрое закрытие и открытие как при первом запуске, так и в ходе эксплуатации. Сокращается время неэффективной работы УЭЦН, а, следовательно, дополнительные затраты электроэнергии. Исключается простой УЭЦН, связанный с работами по удалению газовых шапок.
Гравитационный лабиринт 9 препятствует попаданию в полость 4 механических примесей, увеличивая надежность устройства, а, следовательно, повышая стабильность и эффективность работы УЭЦН.
Таким образом, решения, используемые в изобретении, обеспечивают достижение технического результата.