УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным насосным установкам для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов с раздельным подъемом продукции.
Известна насосная установка для одновременно раздельной эксплуатации двух пластов скважине (Патент РФ №49573), включающая колонну лифтовых труб, колонну штанг, пакер и два последовательно установленных штанговых насоса с соответствующими всасывающими и нагнетательными клапанами, плунжеры которых, имеющие внутренние каналы, соосно соединены между собой полым штоком, причем цилиндр верхнего насоса в нижней части герметично отделен от цилиндра нижнего насоса, а в верхней части он также герметично отделен от полости лифтовых труб узлами герметизации, при этом выкид добываемой жидкости из нижнего пласта осуществляется через сквозной канал, сообщающийся с полым плунжером нижнего цилиндра, полый полированный шток, полый плунжер верхнего насоса и внутренний канал колонны полых штанг, а выкид добываемой жидкости из верхнего пласта осуществляется через боковой дополнительный канал (байпас), расположенный вдоль цилиндра верхнего насоса, в полость лифтовых труб.
Однако указанная насосная установка является достаточно сложной ввиду наличия узлов герметизации, что может привести к ненадежности при эксплуатации.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является установка для одновременно раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (Патент РФ 59138), содержащая колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, пакер, два последовательно установленных штанговых насоса, верхний из которых вдоль наружной поверхности имеет боковой дополнительный канал (байпас) с всасывающим клапаном на приеме и нагнетательным клапаном на выкиде в полость колонны лифтовых труб, а нижний насос имеет всасывающий клапан на входе в его цилиндр, нагнетательный клапан - на входе в его плунжер, при этом полые плунжеры обоих насосов соединены соосно полым штоком, с возможностью сквозного прохождения потока жидкости из нижнего пласта через общий канал в полость колонны полых штанг и далее на поверхность с расположенным на ней оборудованием подачи реагентов, при этом вокруг полого штока установка имеет межплунжерную полость переменного сечения, ограниченную сверху нижним торцом плунжера верхнего насоса, снизу - верхним торцом плунжера нижнего насоса, внутренней поверхностью соединительного патрубка и внутренними поверхностями цилиндров верхнего и нижнего насосов, которая сообщается через приемный клапан с затрубным надпакерным пространством, а через байпас с расположенным в нем нагнетательным клапаном сообщается с лифтовой полостью колонны НКТ, при этом межплунжерная полость, изменяясь в объеме за счет ввода-вывода в нее плунжеров с разным диаметром, в случае применения верхнего насоса меньшего диаметра, чем нижний, является полостью нагнетания и всасывания одновременно, а в случае применения верхнего насоса большего диаметра является только полостью всасывания, а полостью нагнетания является лифтовая полость колонны НКТ.
Недостатком известной по прототипу насосной установки является невозможность разностороннего регулирования отбора жидкости одного насоса относительно другого и при этом не обеспечивается оптимальный (необходимый) отбор жидкости для каждой залежи (пласта) отдельно, отсутствует возможность настройки отбора жидкости отдельно для каждого пласта при изменении режима работы залежей в процессе эксплуатации.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в расширении эксплуатационных возможностей установки за счет расширения диапазона регулирования объема подачи нижнего насоса, а также в обеспечении точности установки этого объема.
Указанный технический результат обеспечивается предлагаемой установкой для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине, содержащей колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, пакер, два последовательно установленных штанговых насоса, верхний из которых вдоль наружной поверхности имеет боковой байпас с всасывающим клапаном на приеме и нагнетательным клапаном на выкиде в полость колонны лифтовых труб, а нижний насос имеет всасывающий клапан на входе в его цилиндр, нагнетательный клапан - на входе в его плунжер, при этом полые плунжеры обоих насосов соединены соосно полым штоком с возможностью сквозного прохождения потока жидкости из нижнего пласта через общий канал в полость колонны полых штанг и далее - на поверхность, причем указанные плунжеры, полый шток и полые штанги образуют штанговую подвеску, выполненную с возможностью установки ее в скважине на различной глубине, при этом, согласно полезной модели, полый шток плунжера нижнего насоса выполнен с возможностью ограниченного осевого перемещения в полости плунжера верхнего насоса, при этом верхний конец полого штока плунжера нижнего насоса снабжен полками, а внутренняя полость плунжера верхнего насоса снабжена ограничителями, обеспечивающими ограниченное осевое перемещение полого штока плунжера нижнего насоса в указанной полости, внутренняя поверхность цилиндра нижнего насоса снабжена упорным буртиком, обеспечивающим ограничение рабочего хода плунжера нижнего насоса, причем длина рабочего хода плунжера нижнего насоса определяется глубиной размещения в скважине штанговой подвески и расстоянием плунжера нижнего насоса от упорного буртика.
Упорный буртик выполнен в виде демпфирующего устройства для уменьшения негативного влияния динамических нагрузок, например, ударов.
Указанный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря тому, что полый шток плунжера нижнего насоса выполнен с возможностью ограниченного осевого перемещения в полости плунжера верхнего насоса обеспечивается расширение эксплуатационных возможностей установки, позволяющей регулировать подачу каждого из насосов без их извлечения на земную поверхность, как этого требуют рассматриваемые за аналог устройства.
Снабжение внутренней поверхности цилиндра нижнего насоса упорным буртиком обеспечивает ограничение рабочего хода плунжера нижнего насоса, благодаря чему достигается не только возможность изменения объема подачи нижнего насоса путем размещения штанговой подвески на различной глубине, а значит - и изменение рабочего хода указанного плунжера, но и обеспечивается гарантированная точность определения этого объема с поверхности, т.к. известно точное размещение этого упорного буртика на внутренней поверхности цилиндра нижнего насоса.
На указанную точность также влияет и то, что длина рабочего хода плунжера нижнего насоса определяется глубиной размещения в скважине штанговой подвески и расстоянием плунжера нижнего насоса от упорного буртика. При этом используются только линейные, всегда гарантированно известные размеры, что не только повышает точность, но и упрощает регулировку объема подачи насоса.
За счет перемещения штанговой подвески достигается относительное изменение подачи нижнего насоса относительно верхнего (при смещении указанной подвески вниз при упоре при рабочем ходе нижнего плунжера в упорный буртик подача нижнего насоса уменьшается). Поэтому при разнохарактерном (по одному пласту уменьшение, по другому увеличение) изменении режимов притока из разделяемых залежей (пластов) не потребуется смена типоразмера насосов и оптимальный режим может быть достигнут путем регулирования на поверхности.
Благодаря тому, что упорный буртик может быть выполнен в виде демпфирующего устройства, уменьшается негативное влияние динамических нагрузок, например, ударов, возникающих при рабочем ходе плунжера нижнего насоса. Также указанный буртик может быть выполнен, например, в виде металлических полок.
Снабжение верхнего конца полого штока плунжера нижнего насоса полками позволяет ограничить максимальный рабочий ход плунжера нижнего насоса.
А благодаря тому, что внутренняя полость плунжера верхнего насоса снабжена ограничителями, обеспечивающими ограниченное осевое перемещение полого штока плунжера нижнего насоса в указанной полости, обеспечивается необходимый (регулируемый) рабочий ход плунжера нижнего насоса.
Таким образом, разработанная установка позволяет одновременно эксплуатировать два пласта с раздельным подъемом продукции: нижнего пласта по полым штангам, верхнего по лифтовым трубам. При этом реализована возможность разностороннего регулирования отбора жидкости одного насоса относительно другого. Также обеспечивается возможность раздельного замера дебита каждого пласта и раздельного промыслового сбора продукции пластов при необходимости, а кроме того - возможность исследования каждого пласта в процессе эксплуатации без глушения скважины и извлечения насоса.
Исходя из вышеизложенного, у предлагаемой установки существует два режима работы:
- первый, когда по нижнему насосу не происходит уменьшение рабочего объема,
- при втором режиме работы насоса за счет смещения вниз штанговой подвески достигается изменение (уменьшение) объема подачи нижним насосом за счет остановка нижнего плунжера (при ходе вниз) упорным буртиком, при этом верхний плунжер продолжает движение вниз, завершая рабочий ход.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемой установки; на фиг.2 - график, характеризующий пример выбора диапазона регулировок предлагаемой установки.
Заявляемая установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов содержит колонну лифтовых труб 1, колонну полых штанг 2, пакер 3 и два последовательно установленных штанговых насоса 4 и 5 с соответствующими всасывающими 6, 7 и нагнетательными 8, 9 клапанами. Плунжеры 10 и 11 указанных насосов 4 и 5 соединены между собой соосно посредством полого штока 12 нижнего плунжера 11 (в виде плунжерной пары) с возможностью сквозного прохождения потока жидкости из нижнего пласта через общий канал в полость колонны полых штанг и далее - на поверхность. На внутренней поверхности нижнего насоса 5 выполнен упорный буртик 13, ограничивающий рабочий ход нижнего плунжера 11 при соответствующем расположении по глубине штанговой подвески в скважине. Указанный упорный буртик 13 может быть выполнен, например, в виде металлических полок или в виде демпфирующего устройства для уменьшения негативного влияния динамических нагрузок, например, ударов. Причем указанные плунжеры 10, 11, полый шток 12 и полые штанги 2 образуют штанговую подвеску, выполненную с возможностью установки ее в скважине на различной глубине для изменения объемов подачи насосов.
Полый шток 12 плунжера 11 выполнен с возможностью ограниченного осевого перемещения в полости плунжера верхнего насоса. Для этого верхний конец полого штока 12 плунжера 11 снабжен полками 14, а внутренняя полость плунжера 10 верхнего насоса 4 снабжена ограничителями 15, обеспечивающими ограниченное осевое перемещение полого штока 12 в указанной полости.
Работает предлагаемая установка следующим образом.
При ходе вверх полых штанг 2 продукция нижнего пласта из подпакерного пространства через всасывающий клапан 7 поступает в нижний насос 5, при этом продукция верхнего пласта через всасывающий клапан 6 поступает в подплунжерное пространство верхнего насоса 4. При ходе вниз полых штанг 2 всасывающий клапан 7 закрывается и продукция нижнего пласта через нагнетательный клапан 9 плунжера 11 поступает в колонну полых штанг 2, по которым она поднимается на поверхность. Одновременно продукция верхнего пласта через нагнетательный клапан 8 нагнетается в колонну лифтовых труб 1, по которой она поднимается на поверхность. Далее циклы повторяются.
В случае изменения продуктивности (уменьшения притока жидкости) нижнего пласта возникает необходимость изменить (уменьшить) объем подачи нижнего насоса 5. Для этого штанговую подвеску опускают на расчетную глубину, уменьшая тем самым подплунжерное пространство нижнего насоса 5. Далее при ходе вверх полых штанг 2 часть цикла характеризуется тем, что до определенного момента (до зацепления полками 14 полого штока 12 ограничителей 15 верхнего плунжера 10) плунжер 11 остается неподвижным и движение вверх осуществляет только плунжер 10. При этом продукция верхнего пласта через всасывающий клапан 6 поступает в подплунжерное пространство насоса 4. При входе в зацепление полок 14 полого штока 12 с ограничителем 15, начинает движение вверх нижний плунжер 11 и из подпакерного пространства продукция нижнего пласта через всасывающий клапан 7 поступает в нижний насос 5. При ходе колонны труб вниз всасывающий клапан 7 закрывается и продукция нижнего пласта через нагнетательный клапан 9 поступает в колонну полых штанг 2, по которым она поднимается на поверхность до того момента, пока движение плунжера 11 не будет остановлено упорным буртиком 13. Одновременно продукция верхнего пласта через нагнетательный клапан 8 нагнетается в колонну лифтовых труб 1, по которой она поднимается на поверхность. Далее циклы повторяются.
Таким образом, когда продуктивность верхнего пласта выше, чем у нижнего, увеличение отбора по верхнему насосу 4 достигается за счет одновременного увеличения числа рабочих циклов на единицу времени и смещением колонны полых штанг (штанговой подвески) вниз на поверхности таким образом, чтобы при ходе вниз нижний плунжер 11 ограничивался в движении упорным буртиком 13. За счет обозначенной процедуры достигается увеличение отбора жидкости по верхнему пласту при одновременном уменьшении по нижнему.
На фиг.2 приведен пример выбора диапазона регулировок предлагаемой установки. Указанный график характеризует граничные параметры, области регулировок подачи нижнего и верхнего насоса, где:
Q1 мах - максимальная подача (жидкости) нижнего насоса, при L∗h мах соответственно максимальных длине хода (L) плунжера и максимальном числе качаний в единицу времени (h) станка-качалки;
Q1 min - минимальная подача (жидкости) нижнего насоса, при L∗h min соответственно минимальных длине (L) хода плунжера и минимальном числе качаний в единицу времени (h) станка-качалки;
Q2 мах - максимальная подача (жидкости) верхнего насоса, при L∗h мах соответственно максимальных длине (L) хода плунжера и максимальном числе качаний в единицу времени (h) станка-качалки;
Q2 min - минимальная подача (жидкости) верхнего насоса, при L∗h min соответственно минимальных длине (L) хода плунжера и минимальном числе качаний в единицу времени (h) станка-качалки.
Предлагаемые конструктивные особенности заявляемой установки позволяют обеспечить следующие преимущества перед известными установками:
- обеспечивается разностороннее регулирование отбора жидкости одного насоса относительно другого;
- обеспечивается оптимальный (необходимый) отбор жидкости для каждой залежи (пласта) отдельно,
- обеспечивается возможность настройки отбора жидкости отдельно для каждого пласта при изменении режима работы залежей в процессе эксплуатации, при этом не требуется извлечение и смена насосов как по установке, рассматриваемой за прототип.