Входное устройство скважинного насоса

 

Устройство предназначено для подъема жидкости из скважины и содержит два входных патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а их выходы сообщаются через соединительную трубку. К последней подсоединяется труба, являющаяся дополнительным каналом. Данное решение позволяет обеспечить четкий переход с откачки воды на откачку нефти. 7 ил.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к средствам подъема жидкости из скважины.

Известно устройство для добычи обводненной нефти (см. а.с. СССР 1507956, кл. E 21 B 43/00), содержащее обсадную колонну, муфтовую колонну с отверстиями и расположенный между обсадной и муфтовой колоннами подземный сепаратор, в котором отверстия в муфтовой колонне выполнены на двух уровнях, на муфтовой колонне размещено распределительное устройство, включающее два запорных элемента для поочередного перекрытия отверстий соответствующих уровней, установленных с возможностью перемещения по муфтовой колонне и жестко связанных тягой, привод запорных элементов в виде поплавка, имеющего положительную плавучесть в воде и отрицательную в нефти, установленного с возможностью свободного перемещения между запорными элементами. Кроме того, на муфтовой колонне установлены ограничители перемещения запорных элементов.

Недостатком такого устройства являются низкая работоспособность и надежность, которая возникает из-за заклинивания поплавка при его перемещении, особенно при ходе вниз, так как в нефтяной скважине, как правило, поверхность обсадной колонны покрыта слоем парафина, что уменьшает проходное сечение для поплавка, а также причиной заклинивания будут служить асфальтосмолопарафиновые отложения на поверхности поплавка, хвостовика и запорных элементов, возникающие в процессе эксплуатации, а также наклонность ствола скважины, сложность конструкции устройства, большое количество подвижных элементов, снижающих надежность устройства.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является входное устройство скважинного насоса по патенту SU 1782294 А3, кл. F 04 D 13/12 (см. также а.с. СССР 1585556, кл. F 04 D 13/12, 1988), содержащее два подводящих патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а выходы подсоединены через соединительное приспособление по разные стороны от него к приемному патрубку насоса. Приемный патрубок насоса подсоединен к верхнему U-образному участку 9 соединительной трубки 8 (см. фиг. 1, 2, 3).

Недостатком этого входного устройства является продолжительный переход с откачки воды на нефть. В это время образуется водонефтяная эмульсия.

Затяжной переход обусловлен следующим. Штанговый насос всасывает жидкость только при ходе плунжера вверх. Порция нефти, вошедшая с низа трубки 8 через U-образный участок 10 (см. фиг. 1), не доходит до верхнего U-образного участка 9 соединительной трубки 8. При ходе плунжера вниз эта порция нефти отделяется от остальной массы нефти (см. 13, фиг. 2) и успевает всплыть к приему насоса (см. фиг. 3). При следующем ходе плунжера вверх всплывшая нефть засасывается в насос. Ситуация возвращается на исходную позицию.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение надежности работы насоса путем предотвращения образования водонефтяной эмульсии при переходе с откачки воды на нефть.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее два подводящих патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а выходы связаны соединительной трубкой, введен дополнительный канал, подсоединяемый к соединительной трубке подводящих патрубков, расстояние, на котором происходит это подсоединение, рассчитывается следующим образом: h_a = V_c · t_низ/2, где h_a - расстояние подсоединения дополнительного канала к соединительной трубке от ее нижнего конца; V_c - скорость всплывания порции нефти в воде; t_низ - время движения головки балансира вниз (от верхней до нижней мертвой точки).

Данное решение позволяет обеспечить четкий переход с откачки воды на откачку нефти.

На фиг. 4-6 показана принципиальная схема устройства с этапами перехода откачки воды на нефть. Насос 1 подвешен на колонне лифтовых труб 2 в нефтяной скважине 3, в которой находятся нефть 4 и вода 5, поступающие в скважину из пласта (на фигурах не показан). К насосу подсоединяется труба 11 устройства. Нижний ее конец 14 соединен с соединительной трубкой 8 на расчетном от ее низа расстоянии. К концам трубки 8 присоединены через U-образные участки 10 и 9 входные патрубки 6 и 7. Открытые концы патрубков направлены в противоположные стороны от трубки 8.

Переход с откачки воды на откачку нефти происходит следующим образом.

Поступающая в скважину 3 жидкость разделяется на нефть 4 и воду 5. При откачке воды раздел нефть - вода опускается. Наступает момент, когда раздел достигает нижнего U-образного участка 10 и при следующем ходе плунжера вверх нефть из патрубка 6 всасывается в трубку 8 (см. 12 на фиг. 4), При ходе плунжера вниз порция 12 нефти будет всплывать в трубке 8 (см. 13 на фиг. 5) и в итоге поднимается в верхний U-образный участок 9. При следующем ходе плунжера вверх из патрубка 6 всосется следующая порция нефти.

Из патрубка 7 вода поступать не может, так как скапливающаяся в U-образном участке 9 нефть препятствует этому (см. 9 на фиг. 6).

Постепенно накапливаясь в верхней части трубки 8 и патрубка 9, нефть опустится до входа в трубу 11. С этого момента начнется откачка нефти.

На фиг. 7 изображено конструктивное исполнение входного устройства. Труба 1 подсоединяется к приему насоса. С ней жестко соединена труба 3, в верхней части которой имеются отверстия 2 для входа нефти. В трубу 1 опускается трубка 6 с муфтой 8, имеющая отверстия 7 для обеспечения прохода воды. Нижний конец трубки 6 входит в уплотнитель 9.

На трубку 6 опускается труба 11. Для захвата в верхней ее части имеется патрубок с муфтой 10. Дополнительным каналом служит кольцевой зазор между трубами 1 и 11.

Для предотвращения преждевременного попадания нефти на прием насоса в нижней части труб 1 и 11 имеется сепаратор, составленный цилиндрами 4 и 5.

Работу устройства объясним по фиг. 7а, 7б, в, г, д, где дополнительно изображены эксплуатационная колонна "б", узел всасывающего клапана насоса "в" и для упрощения объяснения исключен сепаратор.

Соответствие элементов устройства следующее: фиг. 7а, б, в, г, д - фиг. 4, 5, 6 кольцевой канал между трубами 3 и 1 - канал 6 -"- -"- -"- 1 и 11 - -"- 11
-"- -"- -"- 11 и 6 - -"- 8
труба 6 - -"- 7
кольцевое отверстие в трубе 11 "а" - вход нижнего канала 14 трубы 11 в трубу 8.

Примем, что до запуска установки скважинного штангового насоса (УСШН) в стволе скважины была вода. После запуска установки в скважину поступают нефть и вода.

Поскольку устройство находится в воде, то при ходе плунжера насоса вверх вода поступает через трубу 6, отверстия в ней 7, канал 11-6, отверстие "а" в трубе 11 и далее к всасывающему клапану "в" насоса.

Одновременно вода поступает через отверстие 2 в трубе 3 (корпус устройства) и далее по каналу 3-1 через низ в канале 11-6, отверстие "а" в трубе 11, канал 1-11 также к всасывающему клапану "в" насоса.

Устройство поставляется на скважину в собранном виде длиной до 10-12 м. В этом случае потери давления на трение незначительны. Учитывая это, принимаем, что в упомянутые каналы вода (жидкость) поступает в равных количествах.

Нефть, поступившая из пласта вместе с водой, всплывает и накапливается в верхней части столба воды. Создается раздел нефть - вода.

В процессе работы установки нефть в верхней части накапливается и раздел нефть - вода опускается. По достижении отверстий 2 в трубе 3 нефть войдет в канал 3-1 (фиг. 7а).

По мере опускания раздела нефть - вода в затрубном пространстве на ту же величину опустится раздел нефть - вода в канале 3-1.

На фиг. 7б изображен момент, когда раздел нефть - вода опустился до нижнего края канала 3-1. При следующем ходе плунжера насоса вверх порция нефти из канала 3-1 попадает в канал 11-6. При ходе плунжера вниз порция нефти в канале 11-6 всплывает. В итоге эта порция займет положение, изображенное на фиг. 7в, и закроет для воды отверстия 7.

С этого момента будет выбираться вода, заключенная в канале 11-6. На фиг. 7г показан момент, когда в нижнюю и верхнюю части канала 11-6 всасывается нефть, а через отверстие "а" входит только вода, оставшаяся в канале 11-6.

Накапливающаяся в верхней части канала 11-6 нефть постепенно доходит до отверстия "а" (фиг. 7д). С этого момента через устройство будет поступать только нефть.

Формула изобретения

Входное устройство скважинного насоса, содержащее два подводящих патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а выходы связаны соединительной трубкой, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным каналом, подсоединяемым к соединительной трубке подводящих патрубков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13