Скважинная насосная установка с противопесочным фильтром
DOWNHOLE PUMPING UNIT WITH SAND FILTER

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для добычи нефти из скважин, осложненных выносом песка.
Известен узел сетчатого фильтра для отфильтровывания скважинных частиц в заборной части погружного скважинного насоса (патент RU № 2721345, МПК Е21В 43/08, опубл. 19.05.2020 Бюл. № 14), содержащий:
основную трубу, имеющую ось, закрытый нижний конец и открытый верхний конец для присоединения к заборной конструкции скважинного насоса внутри скважины;
основную трубу, содержащую первый сегмент трубы и второй сегмент трубы;
первое и второе множества перфорационных отверстий в боковых стенках, соответственно, первого и второго сегментов трубы;
первый и второй сетчатые фильтры, установленные, соответственно, вокруг первого и второго сегментов трубы для отфильтровывания частиц в скважинном флюиде, поступающем, соответственно, в первое и второе множества перфорационных отверстий;
клапан второго сегмента трубы, установленный на втором сегменте трубы и находящийся в закрытом положении, перекрывающем протекание потока скважинного флюида через второе множество перфорационных отверстий из второго сегмента трубы в первый сегмент трубы, причем клапан второго сегмента трубы выполнен с возможностью перемещения в открытое положение, позволяющее протекание потока скважинного флюида через второе множество перфорационных отверстий из второго сегмента трубы в первый сегмент трубы;
клапан второго сегмента трубы, имеющий зону нагнетания, на которую воздействует перепад давления между внутренней частью и наружной частью второго сегмента трубы в ответ на всасывание скважинного насоса, поддерживаемого опорной конструкцией скважинного насоса, и, при достижении выбранного нижнего предела клапана второго сегмента трубы, перепад давления вызывает перемещение клапана второго сегмента трубы из закрытого положения в открытое положение; и
держатель клапана второго сегмента трубы, который удерживает клапан второго сегмента трубы в закрытом положении до тех пор, пока перепад давления не достигнет выбранного нижнего предела клапана второго сегмента трубы, что указывает на то, что поток, протекающий через первый сетчатый фильтр и первое множество перфорационных отверстий, уменьшился из-за засорения первого сетчатого фильтра.
Недостатками данного устройства является прокачка через погружной насос мелкодисперсных фракций песка, просочившихся через сетчатый фильтр и подхваченных потоком жидкости, что приводит к быстрому выходу насоса за счет абразивного воздействия этими фракциями, а также отсутствие возможности обратной промывки.
Наиболее близким по технической сущности является скважинная штанговая насосная установка для добычи нефти в условиях, осложненных выносом песка и поглощением промывочной жидкости (патент ПМ RU № 136081, МПК Е21В 43/00, опубл. 27.12.2013 Бюл. № 36), состоящая из штангового скважинного насоса, имеющего возможность привода в действие через колонну насосных штанг, колонны насосно-компрессорных труб, песочного якоря на приеме насоса, причем она содержит пакер, присоединенный к контейнеру песочного якоря через перфопатрубок, при этом между перфопатрубком и пакером установлен обратный клапан, а ниже пакера - дополнительный песочный якорь с контейнером.
Недостатками данной установки являются возможность аварийных ситуаций при съеме пакера с якорем ввиду осаждения мелких фракций песка, просочившихся через дополнительный песочный якорь, подхваченных потоком жидкости и подымающийся выше пакера, большое количество изменений потока добываемой жидкости через перфорированные патрубки перед входом в насосную установку, что увеличивает сопротивление потоку и требует использования более мощных устьевых приводов (станков-качалок, цепных приводов или т.п.), что приводит к повышению энергетических затрат, при этом не исключается поступление в насосную установку с потоком жидкости мелкодисперсных фракций, приводящих к быстрому выходу насоса за счет абразивного воздействия, так как сечения для потока по его ходу меняется незначительно, а также отсутствие возможности обратной промывки.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание скважинной насосной установки с противопесочным фильтром, позволяющей поводить обратную промывку насоса, упростить съем пакера после работы, за счет установки выше него на песочном якоре кольцевой тарелки, на которую осаждаются мелкие фракции песка, снизить сопротивление потоку жидкости за счет уменьшения переходов с изменением направления потока и максимально уменьшить захват мелких фракций песка за счет увеличения сечения над песочным фильтром и соблюдением расстояния между фильтром и входом скважинного насоса, обеспечивающим минимальное попадание этих фракций на вход насоса, что соответственно приводит к увеличению его срока службы.
Техническая задача решается скважинной насосной установкой с противопесочным фильтром, включающей штанговый скважинный насос, спускаемый на колонне насосно-компрессорных труб и имеющий возможность привода в действие через колонну насосных штанг, и песочный фильтр с якорем, состоящий из патрубка с пакером, расположенным внутри обратным клапаном и присоединённым снизу песчаным фильтром с контейнером.
Новым является то, что песочный якорь ниже выхода, но выше пакера, снаружи снабжен тарелкой для осаждения сверху песка из потока жидкости, а вход скважинного насоса расположен на расстоянии от выхода песочного фильтра, обеспечивающим минимально возможный захват песка с жидкостью, при скорости осаждения песка выше скорости потока жидкости.
На чертеже изображена схема скважинной установки, спущенной в свежину, в продольном разрезе.
Скважинная насосная установка с противопесочным фильтром включает в себя штанговый скважинный насос 1, спускаемый на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 2 и имеющий возможность привода в действие через колонну насосных штанг 3 (показаны условно), и песочный фильтр 4 с якорем (не показан) для фиксации песочного фильтра 4 в требуемом интервале скважины 5. Песочный фильтр 4 состоит из патрубка 6 с пакером 7, расположенным внутри обратным клапаном 8 и присоединённым снизу песчаным фильтром 9 (сетчатым, щелевым, проволочным и/или т.п.) с контейнером 10. Песочный фильтр 4 ниже выхода 11, но выше пакера 7, снаружи снабжен тарелкой 12 для осаждения сверху мелких фракций песка из потока жидкости. Вход 13 скважинного насоса 1 расположен на расстоянии Н от выхода 11 песочного фильтра, обеспечивающим минимально возможный захват фракций песка с жидкостью, перекачиваемой насосом 1.
Конструктивные элементы, уплотнения и технологические соединения, не влияющие на работоспособность скважинной установки, на чертеже не показаны или показаны условно.
Скважинная насосная установка с противопесочным фильтром работает следующим образом.
Сначала в скважину 5 спускают противопесочный фильтр с якорем, при помощи которого фиксируют фильтр в интервале скважины 5 так, чтобы его патрубок 6 песчаного фильтра 4 с пакером 7, разобщающим внутреннее пространство скважины 5, располагались выше продуктивного пласта 14, а песчаный фильтр 9 с контейнером 10, перекрытым снизу заглушкой 15, – в подпакерном пространстве 16 скважины 5.
Конструктивные элементы противопесочного фильтра с якорем могут изготавливаться любой известной конструкции в любых сочетаниях (авторы на это не претендуют), например, пакер 7 с якорем – см. патенты RU №№ 2560010, 2675392, 2674781 или т.п., патрубок 6 – см. патенты RU № 88383, SU № 468033 или т.п., песчаный фильтр 9 с контейнером 10 – RU №№ 43304, 77332 или т.п., тарелка 12 может быть изготовлена плоской (см. чертеж) или в виде конуса (см. RU № 88383), расширяющегося снизу-вверх.
После установки противопесочного фильтра в скважину 5 спускают на колонне НКТ 2 штанговый скважинный насос 1 и устанавливают так, чтобы выход 11 песочного фильтра 2 находился на расстоянии Н от входа 13 скважинного насоса 1. Колонну штанг 3 плунжера 17 скважинного насоса 1 соединяют с устьевым приводом (станок-качалка, цепной привод, гидравлический привод или т.п. – не показан). Устьевой привод запускают в работу, и он при помощи колонны штанг 3 придает возвратно-поступательное перемещение плунжеру 17, под действием которого жидкость из надпакерного пространства 18 скважинным насосом 1 по колонне НКТ 2 поднимается на поверхность, снижая уровень жидкости в надпакерном пространстве 18 ниже давления пласта 14. Под действием давления пласта 14 жидкость проходит из подпакерного пространства 16 скважины 5 очищаясь от крупных частиц через песчаный фильтр 9, за счет всего однократного изменения направления потока благодаря патрубку 19 и большой массы крупные фракции песка из жидкости осаждаются в контейнере 10, а мелкие и легкие фракции песка потоком жидкости переносятся в надпакерное пространство 18 через клапан 8. Клапан 8 исключает переток жидкости из надпакерного пространства 18 в подпакерное 16 при остановке, обслуживании или извлечении из скважины 5 скважинного насоса 1. При попадании жидкости выше выхода 11 песчаного фильтра 4, она попадает скважину 5, внутренний диаметр D которой значительно превосходит внутренний диаметр d патрубка 19, что приводит к резкому снижению скорости потока жидкости в скважине 5 и, как следствие, осаждению мелких фракций песка на тарелку 12, защищающую пакер 7 от осаждения на него большого количества песка, мешающего съему пакера 7 при необходимости. Например, при использовании эксплуатационных труб 146 мм (с внутренним диаметром D=132 мм) в качестве патрубка 19 трубу НКТ 48 мм (с внутренним диаметром d=40 мм) скорость потока жидкости снижается примерно 11 (одиннадцать) раз, позволяя большому количеству мелких фракций песка осаждаться, так как их скорость осаждения выше чем скорость потока жидкости. Однако, для осаждения требуется время, которое обеспечивается прохождением жидкости расстояния H от выхода 11 песочного фильтра 4 до входа 13 скважинного насоса 1. Для определения оптимального расстояния Н, обеспечивающего минимально возможный захват фракций песка с жидкостью скважинным насосом 1, на поверхности берут анализ жидкости и проверяют на содержание фракций песка. Расстояние Н увеличивают до того положения, когда количество фракций песка в жидкости перестает снижаться, то есть остается только взвесь, скорость осаждения которой меньше скорости потока жидкости в скважине 5. После чего скважинный насос 1 фиксируют и продолжают добычу пластовой жидкости (например, вода, нефть, вода-нефть, газированная жидкость или т.п.). Как показала практика количество фракций песка, проходящей через скважинный насос 1, при такой реализации снижается примерно в 4 – 5 раз, а межремонтный период насоса 1 увеличивается как минимум в 3 раза. При этом усилие срыва пакера 7 с якорем снизилось в среднем в 2,3 раза по сравнению с аналогом.
Предлагаемая установка благодаря исключению дополнительных фильтров непосредственно на входе 13 скважинного насоса 1 повышает эффективность проведения обратной промывки скважинного насоса 1 и колонны НКТ 2 от отложений вследствие уменьшения потерь напора по сравнению с аналогом.
Предлагаемая скважинная насосная установка с противопесочным фильтром позволяет упростить съем пакера после работы, за счет установки выше него на песочном якоре кольцевой тарелки, на которую осаждаются мелкие фракции песка, снизить сопротивление потоку жидкости за счет уменьшения переходов с изменением направления потока и максимально уменьшить захват мелких фракций песка за счет увеличения сечения над песочным фильтром и соблюдением расстояния между фильтром и входом скважинного насоса, обеспечивающим минимальное попадание этих фракций на вход насоса, что соответственно приводит к увеличению его срока службы, а также повышению эффективности проведения обратной промывки скважинного насоса и колонны НКТ от отложений.