Патент на изобретение №2297522

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОЙ РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХ ПЛАСТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным насосным установкам. Обеспечивает ликвидацию гидроудара при работе установки и, как следствие, ликвидацию пескопроявления и снижения ударных нагрузок на узлы и детали подземного оборудования скважины. Сущность изобретения: установка включает колонну лифтовых труб, штанговый насос, пакер, хвостовик и дополнительный всасывающий клапан, расположенный на боковой стенке штангового насоса на уровне входного отверстия цилиндра. Нижняя часть плунжера штангового насоса выполнена в виде усеченного конуса меньшим диаметром вниз, большим диаметром, совпадающим с диаметром плунжера. При этом для создания дросселирования жидкости в кольцевом зазоре между усеченным конусом и цилиндром длина конусной части плунжера выполнена с соблюдением конусности 1/50-1/70, а разность квадратов диаметров по торцам усеченного конуса меньше величины квадрата диаметра входного отверстия в цилиндре от дополнительного всасывающего клапана. 3 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным насосным установкам.

Известна насосная установка для раздельной эксплуатации двух пластов, содержащая два насоса и пакер, причем верхний насос перекачивает жидкость из обоих пластов (Р.А.Максутов, Б.Е.Доброскок, Ю.В.Зайцев. Одновременная раздельная эксплуатация многопластовых нефтяных месторождений. – М.: Недра, 1974, стр.84).

Недостатком установки является сложность конструкции и затрудненность реализации схемы установки.

Известна установка для раздельной эксплуатации двух пластов, содержащая пакер и один насос (Р.А.Максутов, Б.Е.Доброскок, Ю.В.Зайцев. Одновременная раздельная эксплуатация многопластовых нефтяных месторождений. – М.: Недра, 1974, стр.104), у которого перед всасывающим клапаном установлены штуцеры, сообщающиеся через соответствующие каналы с разными пластами.

Недостатками установки являются сложность конструкции, а также ненадежность регулирования производительности установки по пластам.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности является установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов, включающая колонну лифтовых труб, штанговый насос, пакер, хвостовик и дополнительный всасывающий клапан, размещенный на боковой стенке цилиндра штангового насоса (Патент РФ №2221136, кл. Е21В 43/14, опубл. 10.04.2004 – прототип).

Известная установка достаточно проста по конструкции. Недостатком установки является то, что при работе установки в момент прохождения плунжером дополнительного всасывающего клапана по причине различной напорной характеристики пластов создается гидроудар, приводящий к разрушению коллектора призабойной зоны, пескопроявлению, преждевременному износу и выходу из строя подземного оборудования скважины. При использовании насоса большого диаметра сила гидравлических ударов достигает значительной величины.

В изобретении решается задача ликвидации гидроудара при работе установки, и, как следствие, ликвидации пескопроявления и снижения ударных нагрузок на узлы и детали подземного оборудования скважины.

Задача решается тем, что в установке для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов, включающей колонну лифтовых труб, штанговый насос, пакер, хвостовик и дополнительный всасывающий клапан, расположенный на боковой стенке штангового насоса на уровне входного отверстий цилиндра, согласно изобретению нижняя часть плунжера штангового насоса выполнена в виде усеченного конуса меньшим диаметром вниз, большим диаметром, совпадающим с диаметром плунжера, длина конусной части плунжера выполнена с соблюдением конусности 1/50-1/70, а разность квадратов диаметров по торцам усеченного конуса меньше величины квадрата диаметра входного отверстия в цилиндре от дополнительного всасывающего клапана.

Сущность изобретения

В установке для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов пласты разделены пакером, а дополнительный всасывающий клапан, расположенный на боковой стенке цилиндра, сообщен с высоконапорным пластом. При движении плунжера вверх в цилиндр сначала поступает продукция низконапорного пласта, а потом, когда плунжер пройдет дополнительный всасывающий клапан, через него начнет поступать продукция высоконапорного пласта. Обычно раздельно эксплуатируют именно разные по напору пласты, т.к. в случае совместной эксплуатации высоконапорный пласт “задавливает” низконапорный пласт и, по сути, идет эксплуатация одного пласта с его дебитом. Поскольку забойное давление около него выше, чем у низконапорного, основной всасывающий клапан, сообщенный с низконапорным пластом, закроется перепадом давления. Поэтому в течение оставшегося хода плунжера в цилиндр поступает продукция только высоконапорного пласта. При прохождении плунжером дополнительного всасывающего клапана создается гидроудар, приводящий к разрушению коллектора призабойной зоны, пескопроявлению, преждевременному износу и выходу из строя подземного оборудования скважины. В изобретении решается задача ликвидации гидроудара при работе установки. Задача решается установкой, представленной на фиг.1-3

На фиг.1 показана установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов; на фиг.2 – конструкция установки для случая, когда высоконапорным является нижний пласт; на фиг.3 – конструкция нижней части плунжера штангового насоса.

Установка содержит колонну лифтовых труб 1, к которой присоединен цилиндр 2 штангового насоса с основным 3 и дополнительным 4 всасывающими клапанами. Внутри цилиндра 2 находится плунжер 5 с нагнетательным клапаном 6. К нижнему концу цилиндра 2 присоединен хвостовик 7 с пакером 8, установленным в эксплуатационной колонне 9 в интервале между высоконапорным 10 и низконапорным 11 продуктивными пластами.

На фиг.2 дополнительный клапан 4 сообщен каналом 12 с полостью хвостовика 7, а всасывающий клапан 3 – каналом 13 с межтрубным пространством выше пакера 8.

На фиг.3 показан плунжер 5, нижняя часть которого выполнена в виде усеченного конуса меньшим диаметром d вниз и большим диаметром D, совпадающим с диаметром плунжера 5 и длиной конусной части L.

Установка работает следующим образом.

При движении плунжера 5 вверх всасывающий клапан 3 открывается и жидкость из низконапорного пласта 11 через перфорационные каналы в эксплуатационной колонне 9 под действием забойного давления Р1 поступает в полость цилиндра 2 штангового насоса, при этом боковой дополнительный всасывающий клапан 4 перекрыт плунжером 5 или находится выше плунжера 5 и закрыт перепадом давления. После прохождения плунжером 5 бокового дополнительного всасывающего клапана 4 последний открывается, т.к. забойное давление Р2>Р1, а основной клапан 3 под действием этого же перепада давления закрывается. За счет конусной части плунжера 5 происходит постепенное и плавное открывание отверстия 14 в цилиндре 2 от дополнительного всасывающего клапана 4. При этом за счет дросселирования жидкости в кольцевом зазоре между цилиндром 2 и конусной части плунжера 5, повышается давление в цилиндре 2, растягиваясь во времени, и импульсы давления сглаживаются. Длина конусной части L плунжера 5 определяется по формуле:

L=(D-d)/К,

где D – диаметр плунжера; d – диаметр нижнего торца усеченного конуса; К – конусность (отношение разности радиусов верхнего и нижнего оснований усеченного конуса к его длине) определяется опытным путем и составляет 1/50-1/70.

Кроме этого, d выбирается из неравенства D²-d²2 _от или d²2-d² _от и является также непременным условием обеспечения необходимого расхода жидкости в кольцевом зазоре, обуславливающим сглаживание гидравлических ударов в цилиндре 2 при прохождении усеченного конуса во входном отверстии 14.

При дальнейшем движении плунжера 5 вверх в полость цилиндра 2 поступает жидкость только из высоконапорного пласта 10. При достижении верхней точки плунжер 5 меняет направление движения, жидкость перетекает через нагнетательный клапан 6 из подплунжерной полости цилиндра в надплунжерную. После достижения плунжером 5 нижней точки цикл повторяется.

За счет того что дополнительный всасывающий клапан 4 размещен в точке, делящей цилиндр 2 по длине пропорционально заданным дебитам пластов, а диаметр насоса подбирают таким, чтобы обеспечить эти дебиты, насос выдает сумму заданных дебитов. Дебиты задают оптимальными по результатам раздельной пробной эксплуатации каждого из пластов.

В случае если более высоконапорным является нижний пласт, то конструкция установки немного меняется (фиг.2). Работает установка точно так же, как и в первом случае, и в соответствии с описанием прототипа.

Установка позволяет одновременно эксплуатировать два разнонапорных пласта, каждый в своем оптимальном режиме, обеспечить на выходе из насоса суммарный оптимальный дебит двух пластов без гидроудара.

Формула изобретения

Установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов, включающая колонну лифтовых труб, штанговый насос, пакер, хвостовик и дополнительный всасывающий клапан, расположенный на боковой стенке штангового насоса на уровне входного отверстия цилиндра, отличающаяся тем, что нижняя часть плунжера штангового насоса выполнена в виде усеченного конуса меньшим диаметром вниз, большим диаметром совпадающим с диаметром плунжера, длина конусной части плунжера выполнена с соблюдением конусности 1/50-1/70, а разность квадратов диаметров по торцам усеченного конуса меньше величины квадрата диаметра входного отверстия в цилиндре от дополнительного всасывающего клапана.

РИСУНКИ