Патент на изобретение №2318992

(54) СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОЙ РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХ ПЛАСТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области нефтедобычи, конкретно к скважинным насосным установкам для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов с раздельным подъемом продукции. Обеспечивает упрощение монтажа установки в скважине, возможность без ее подъема и без срыва пакера производить обработку призабойной зоны и глушение как верхнего, так и нижнего пластов и слив жидкости из труб при подъеме установки на поверхность при ремонтных работах. Сущность изобретения: установка включает колонну лифтовых труб с переводной втулкой на нижнем конце, в которой верхними концами закреплены цилиндр верхнего насоса и установленный снаружи цилиндра с кольцевым зазором цельный кожух. Выше уровня цилиндра верхнего насоса в переводной втулке выполнены радиальные каналы. Нижние концы цилиндра верхнего насоса и кожуха закреплены в переводнике, в котором выполнены радиальные и вертикальные каналы и узел герметизации штока, соединяющего плунжеры верхнего и нижнего насосов. Шток выполнен цельным с диаметром не менее диаметра плунжера нижнего насоса. К нижней части переводника через цельный патрубок закреплен верхний конец цилиндра нижнего насоса, снизу к корпусу которого закреплен хвостовик с фильтром на конце и пакером, устанавливаемым между верхним и нижним пластами. Выкид верхнего насоса соединен с колонной полых штанг, которая на устье скважины выведена в систему сбора продукции верхнего пласта. Выкид нижнего насоса через вертикальные каналы переводника и кольцевую полость между цилиндром верхнего насоса и его кожухом и через радиальные каналы переводной втулки соединен с внутренней полостью лифтовых труб, которые на устье скважины сообщены с системой сбора продукции нижнего пласта. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинным насосным установкам для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов с раздельным подъемом продукции каждого пласта.

Известна скважинная штанговая насосная установка для одновременной эксплуатации двух пластов в скважине, содержащая колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, пакер и два последовательно установленных штанговых насоса, плунжеры с внутренними каналами которых соединены между собой штоком, выход которого из цилиндра верхнего насоса герметизирован, причем прием нижнего насоса сообщен с подпакерным пространством, выкид – обводными каналами с колонной лифтовых труб, прием верхнего насоса сообщен с надпакерным пространством, а его выкид – с внутренней полостью колонны штанг (книга Драготеску Н.Д. Глубинно-насосная добыча нефти. – М.: Недра, 1966, – стр.281, рис.207), которую принимаем за аналог.

Недостатками установки по аналогу являются сложная конструкция и низкая надежность ее работы в случае, когда в продукции нижнего пласта содержится парафин и (или) песок, осаждающиеся в обводных каналах, кроме того, попадание песка в зазор между плунжером и цилиндром приводит к заклиниванию нижнего насоса. Другой недостаток установки – это невозможность исследования нижнего пласта без извлечения насосов.

Наиболее близким (прототипом) к заявляемому изобретению по совокупности сходных существенных признаков из числа известных технических решений того же назначения принимаем полезную модель по патенту РФ № 49573, МПК⁷ Е21В 43/14, опубликовано 27.11.2005 г., бюл. № 33 под названием «Насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (варианты)».

Насосная установка по прототипу представляет собой колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, установленный между пластами пакер и два последовательно установленных штанговых насоса с соответствующими всасывающими и нагнетательными клапанами, плунжеры которых соединены между собой штоком, последний снизу цилиндра верхнего насоса имеет узел герметизации, причем прием нижнего насоса через свой всасывающий клапан и хвостовик сообщен с подпакерным пространством, прием верхнего насоса через свой всасывающий клапан сообщен с надпакерным пространством, а верхний конец цилиндра нижнего насоса патрубком соединен с нижней частью узла герметизации штока.

Недостатком известной по прототипу насосной установки является сложность ее монтажа в скважине и отсутствие возможности производить обработку призабойной зоны и глушение нижнего пласта без срыва пакера.

При подъеме насосной установки на поверхность при ремонтных работах не обеспечивается слив жидкости из труб.

Предлагаемая насосная установка обеспечивает достижение нового технического результата, выражающегося в том, что упрощается монтаж установки в скважине. Обеспечивается возможность без подъема насосной установки производить обработку призабойной зоны и глушение как верхнего, так и нижнего пластов без срыва пакера.

При подъеме насосной установки на поверхность при ремонтных работах обеспечивается слив жидкости из труб.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную по прототипу скважинную насосную установку для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов, содержащую колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, установленный между пластами пакер и два последовательно установленных штанговых насоса с соответствующими всасывающими и нагнетательными клапанами, плунжеры которых соединены между собой штоком, последний снизу цилиндра верхнего насоса имеет узел герметизации, причем прием нижнего насоса через свой всасывающий клапан и хвостовик сообщен с подпакерным пространством, прием верхнего насоса через свой всасывающий клапан сообщен с надпакерным пространством, а верхний конец цилиндра нижнего насоса патрубком соединен с нижней частью узла герметизации штока, согласно предлагаемому изобретению введены новые конструктивные элементы и предложено новое взаимное расположение предложенных и известных конструктивных элементов и их связей, а именно: снаружи цилиндра верхнего насоса с кольцевым зазором установлен цельный кожух с переводной втулкой на верхнем конце, соединяющей верхний конец цилиндра верхнего насоса с нижним концом колонны лифтовых труб, с наружной поверхности переводной втулки выполнены элементы соединения и герметизации с кожухом, а выше уровня цилиндра верхнего насоса в переводной втулке выполнены радиальные каналы, сообщающие полость кольцевого пространства между цилиндром верхнего насоса и его кожухом с внутренней полостью колонны лифтовых труб, на нижнем конце кожуха герметично закреплен переводник, к верхней части которого закреплен нижний конец цилиндра верхнего насоса, а к нижней части переводника через цельный патрубок закреплен верхний конец цилиндра нижнего насоса, в переводнике выполнены узел герметизации штока, радиальные каналы для соединения надпакерного пространства скважины с приемом верхнего насоса и вертикальные каналы для соединения выкида нижнего насоса с полостью лифтовых труб через кольцевое пространство между цилиндром верхнего насоса и его кожухом, колонна полых штанг соединена с верхним концом плунжера верхнего насоса, соединяющий плунжеры обоих насосов шток выполнен цельным с диаметром не менее диаметра плунжера нижнего насоса.

А также тем, что:

– в качестве двух последовательно установленных штанговых насосов верхним установлен штанговый дифференциальный насос, а нижним – штанговый трубный насос;

– расстояние между насосами выполнено равным сумме длин нижнего штока – гидроусилителя верхнего дифференциального насоса и штока нижнего насоса;

– снаружи корпуса переводника, закрепленного на нижнем конце кожуха, установлен сетчатый фильтр;

– в хвостовике над пакером установлен обратный клапан, а в переводнике нижнего насоса и в нижние части колонны полых штанг установлены мембраны;

– полые штанги выполнены с разным сечением внутреннего полого канала по длине колонны.

Указанные выше новые конструктивные признаки предлагаемой насосной установки являются существенными отличительными признаками заявляемого изобретения по отношению к известной по прототипу насосной установке.

В совокупности известные и новые отличительные существенные признаки обеспечивают заявляемому изобретению достижение нового технического результата.

На чертеже представлена принципиальная схема скважиной насосной установки для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов. Предлагаемая насосная установка в качестве верхнего насоса содержит штанговый дифференциальный насос 1 со всасывающими 2, нагнетательным 3 клапанами, полым плунжером 4, цилиндром 5, снаружи которого с кольцевым зазором установлен цельный кожух 6. На верхнем конце кожуха 6 закреплена переводная втулка 7, соединяющая верхний конец цилиндра 5 с нижним концом колонны лифтовых труб 8. С наружной поверхности переводной втулки 7 выполнены элементы соединения и герметизации (на чертеже не обозначены) с кожухом 6, а выше уровня цилиндра 5 в переводной втулке 7 выполнены радиальные каналы 9, сообщающие полость 10 кольцевого пространства между цилиндром 5 и кожухом 6 с внутренней полостью 11 колонны лифтовых труб 8, соединенной на устье скважины с системой сбора 12 продукции нижнего пласта 13.

На нижнем конце кожуха 6 герметично закреплен переводник 14, к верхней части которого закреплен нижний конец цилиндра 5 верхнего насоса 1, а к нижней части переводника 14 через цельный патрубок 15 закреплен верхний конец цилиндра 16 нижнего штангового трубного насоса 17 с его всасывающим 18, нагнетательным 19 клапанами и полым плунжером 20. В переводнике 14 выполнен узел герметизации (на чертеже не обозначен) штока 21, соединяющего полый плунжер 4 верхнего насоса 1 с полым плунжером 20 нижнего насоса 17. В переводнике 14 выполнены радиальные каналы 22 для соединения надпакерного пространства 23 скважины с приемом верхнего насоса 1 и вертикальные каналы 24 для соединения выкида нижнего насоса 17 с внутренней полостью 11 колонны лифтовых труб 8 через полость 10 кольцевого пространства между цилиндром 5 верхнего насоса 1 и его кожухом 6. Полый плунжер 4 верхнего насоса 1 соединен с колонной полых штанг 25, соединенной на устье скважины с системой сбора 26 продукции верхнего пласта 27. Шток 21, соединяющий плунжеры обоих насосов, выполнен цельным с диаметром не менее диаметра плунжера 20 нижнего насоса 17. При этом расстояние между верхним 1 и нижним 17 насосами выполнено равным сумме длин нижнего штока – гидроусилителя (на чертеже не обозначен) верхнего дифференциального насоса 1 и штока (на чертеже не обозначен) нижнего насоса 17. Снаружи корпуса переводника 14 установлен сетчатый фильтр 28. Снизу к корпусу нижнего насоса 17 закреплен хвостовик 29, в котором над пакером 30 установлен обратный клапан 31, а на конце – фильтр 32. Полые штанги 25 выполнены с разным сечением внутреннего полого канала по длине колонны, в которой над переводной втулкой 7 установлена мембрана 33.

Цилиндры 5 и 16 верхнего 1 и нижнего 17 насосов с их всасывающими клапанами 2 и 18 соединяют патрубком 15 и в сборе с хвостовиком 29, обратным клапаном 31, пакером 30 и фильтром 32 спускают в скважину на колонне лифтовых труб 8. Пакер 30 устанавливают между пластами 13 и 27 и колонну лифтовых труб 8 подвешивают на устьевом оборудовании скважины. Затем колонну полых штанг 25 с мембраной 33, плунжерами 20 и 4 и соединяющим их штоком 21 спускают в колонну лифтовых труб 8 до полного вхождения плунжеров 20 и 4 в цилиндры 16 и 5 нижнего 17 и верхнего 1 насосов.

Колонна полых штанг 25 приводиться в возвратно-поступательное движение наземным приводом (на чертеже не показано).

При ходе колонны полых штанг 25 вверх происходит одновременное раздельное заполнение каждого цилиндра продукцией своего пласта. При этом продукция нижнего пласта 13 через фильтр 32, хвостовик 29 и всасывающий клапан 18 заполняет цилиндр 16 нижнего насоса 17, а продукция верхнего пласта 27 через сетчатый фильтр 28, радиальные каналы 22 и всасывающие клапаны 2 заполняет цилиндр 5 верхнего насоса 1.

При ходе колонны полых штанг 25 вниз происходит одновременное раздельное нагнетание продукции из каждого цилиндра на поверхность. При этом из цилиндра 5 верхнего насоса 1 продукция верхнего пласта 27 через нагнетательный клапан 3 и плунжер 4 нагнетается в колонну полых штанг 25, по которой подается на поверхность в систему сбора 26 продукции верхнего пласта 27. Одновременно из цилиндра 16 нижнего насоса 17 продукция нижнего пласта 13 через нагнетательный клапан 19 и плунжер 20, а далее – через вертикальные каналы 24, полость 10 и радиальные каналы 9 продукция нагнетается во внутреннюю полость 11 колонны лифтовых труб 8, по которой подается на поверхность в систему сбора 12 продукции нижнего пласта 13. Далее циклы повторяются.

Выполнение полых штанг 25 с разным сечением внутреннего полого канала по длине колонны снижает гидравлические сопротивления при подъеме жидкости и обеспечивает равнопрочность штанговой полой колонны по ее длине при ее работе в скважине.

Обработку призабойной зоны пластов производят путем подачи химреагентов через патрубок 34 в затрубное пространство скважины. В результате их закачки обрабатывается как верхний пласт 27, так и нижний пласт 13 благодаря поступлению химреагентов из затрубного пространства через обратный клапан 31 в подпакерное пространство скважины.

При промывке или глушении скважины по аналогичной схеме производят закачку жидкости через патрубок 34 в затрубное пространство, при этом жидкость поступает через клапаны нижнего 17 и верхнего 1 насосов, вертикальные 24 и радиальные 22 каналы, полость 10 и радиальные каналы 9 во внутреннюю полость 11 колонны лифтовых труб 8 и в колонну полых штанг 25, из которых далее – в выкидные трубопроводы 12 и 26.

Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает одновременную раздельную эксплуатацию двух пластов с раздельным подъемом продукции: из нижнего пласта по колонне лифтовых труб 8, из верхнего пласта – по колонне полых штанг 25. При этом обеспечивается возможность раздельного замера дебита каждого пласта и раздельного промыслового сбора продукции пластов. Обеспечивается возможность производить обработку призабойной зоны и глушение как верхнего, так и нижнего пластов без срыва пакера и без подъема насосной установки.

При ремонтных работах для слива жидкости из колонны полых штанг 25 разрывают мембрану 33 на ее колонне или закрытием выкида 26, или закачкой от насосного агрегата жидкости под давлением. Затем поднимают колонну полых штанг 25 вместе с плунжерами верхнего и нижнего насосов. Закачкой жидкости под давлением в колонну лифтовых труб 8 перед их подъемом разрывают мембрану 35 нижнего насоса.

Формула изобретения

1. Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов, содержащая колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, установленный между пластами пакер и два последовательно установленных штанговых насоса с соответствующими всасывающими и нагнетательными клапанами, плунжеры которых соединены между собой штоком, последний снизу цилиндра верхнего насоса имеет узел герметизации, причем прием нижнего насоса через свой всасывающий клапан и хвостовик сообщен с подпакерым пространством, прием верхнего насоса через свой всасывающий клапан сообщен с надпакерным пространством, а верхний конец цилиндра нижнего насоса патрубком соединен с нижней частью узла герметизации штока, отличающаяся тем, что снаружи цилиндра верхнего насоса с кольцевым зазором установлен цельный кожух с переводной втулкой на верхнем конце, соединяющей верхний конец цилиндра верхнего насоса с нижним концом колонны лифтовых труб, с наружной поверхности переводной втулки выполнены элементы соединения и герметизации с кожухом, а выше уровня цилиндра верхнего насоса в переводной втулке выполнены радиальные каналы, сообщающие полость кольцевого пространства между цилиндром верхнего насоса и его кожухом с внутренней полостью колонны лифтовых труб, на нижнем конце кожуха герметично закреплен переводник, к верхней части которого закреплен нижний конец цилиндра верхнего насоса, а к нижней части переводника через цельный патрубок закреплен верхний конец цилиндра нижнего насоса, в переводнике выполнены узел герметизации штока, радиальные каналы для соединения надпакерного пространства скважины с приемом верхнего насоса и вертикальные каналы для соединения выкида нижнего насоса с полостью лифтовых труб через кольцевое пространство между цилиндром верхнего насоса и его кожухом, колонна полых штанг соединена с верхним концом плунжера верхнего насоса, соединяющий плунжеры обоих насосов шток выполнен цельным диаметром не менее диаметра плунжера нижнего насоса.

2. Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве двух последовательно установленных штанговых насосов верхним установлен штанговый дифференциальный насос, а нижним – штанговый трубный насос.

3. Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов по п.2, отличающаяся тем, что расстояние между насосами выполнено равным сумме длин нижнего штока – гидроусилителя верхнего дифференциального насоса и штока нижнего насоса.

4. Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов по п.1, отличающаяся тем, что снаружи корпуса переводника, закрепленного на нижнем конце кожуха, установлен сетчатый фильтр.

5. Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов по п.1, отличающаяся тем, что в хвостовике над пакером установлен обратный клапан, а в переводнике нижнего насоса и в нижней части колонны полых штанг установлены мембраны.

6. Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов по п.1, отличающаяся тем, что полые штанги выполнены с разным сечением внутреннего полого канала по длине колонны.

РИСУНКИ