Устройство для отделения песка от пластовой жидкости в скважине при ее эксплуатации

 

Изобретение относится к области эксплуатации скважин различного назначения, преимущественно нефтяных, осложненных пескопроявлением, и предназначено для очистки пластовой жидкости от песка. Обеспечивает повышение надежности работы устройства за счет его упрощения, равномерность заполнения карманов или первоочередного заполнения нижних карманов, а отсюда и увеличение времени работы скважины с надежной очисткой пластовой жидкости от песка. Сущность изобретения: устройство включает подъемную колонну, размещенную под приемом глубинного насоса, и последовательно установленные по длине подъемной колонны песочные карманы. Каждый из песочных карманов образован внутренней поверхностью подъемной колонны, внешней поверхностью втулки, размещенной внутри подъемной колонны, и перемычкой. Последняя жестко связывает нижнюю часть внешней поверхности втулки с внутренней поверхностью подъемной колонны. Длина каждой из втулок составляет 0,3-0,75 расстояния между перемычками. Проходной канал каждой из втулок больше приемного канала глубинного скважинного насоса и составляет 0,2-0,8 внутреннего диаметра подъемной колонны. 16 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области эксплуатации скважин различного назначения, преимущественно нефтяных, осложненных пескопроявлением, и предназначено для очистки пластовой жидкости от песка.

Очистка пластовой жидкости от песка необходима для защиты приема глубинного скважинного насоса. Для этого применяют специальные устройства для осаждения песка, так называемые песочные якори. Пластовая жидкость, например нефть, со взвешенными частицами песка, поступает в устройство для отделения песка, где песок осаждается. Очищенная от взвеси песка пластовая жидкость поступает на прием глубинного насоса и не ускоряет его износ за счет эрозии.

Известно устройство для отделения песка от пластовой жидкости в скважине при ее эксплуатации, включающее подъемную колонну труб, размещенную под приемом глубинного насоса, и песочный карман (см., например, а.с. СССР № 235676, кл. Е 21 В 43/38, 16.06.1969).

Известное устройство предусматривает выполнение его элементов с возможностью поворота потока пластовой жидкости, за счет чего песок, содержащийся в этой жидкости, выпадает в карман.

Недостатком известного устройства является ограниченность объема песочного кармана, а также необходимость выполнения устройства с большими поперечными габаритами, что ограничивает возможность его применения в ряде скважин.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для отделения песка от пластовой жидкости в скважине при ее эксплуатации, включающее подъемную колонну, размещенную под приемом глубинного насоса, и последовательно установленные по длине подъемной колонны песочные карманы (см., например, а.с. СССР № 313961, кл. Е 21 В 43/38, 10.12.1971).

Это устройство имеет уже значительно больший резерв объема песочных карманов и может обеспечить значительно большее время очистки пластовой жидкости от песка. Однако в этом устройстве не решена проблема с его поперечными габаритами. Другой проблемой известного устройства является неравномерность заполнения песком карманов. Отсюда время очистки пластовой жидкости определяется, по существу, временем заполнения одного из карманов.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства за счет его упрощения, обеспечение более равномерного заполнения карманов и увеличение времени работы скважины с надежной очисткой пластовой жидкости от песка.

Необходимый технический результат достигается тем, что в устройстве для отделения песка от пластовой жидкости в скважине при ее эксплуатации, включающем подъемную колонну, размещенную под приемом глубинного насоса, и последовательно установленные по длине подъемной колонны песочные карманы, согласно изобретению песочные карманы установлены на расстояниях друг от друга 10-30 м, и каждый из песочных карманов образован внутренней поверхностью подъемной колонны, внешней поверхностью патрубка, размещенного внутри подъемной колонны, и перемычкой, жестко связывающей нижнюю часть внешней поверхности патрубка с внутренней поверхностью подъемной колонны, при этом длина каждого из патрубков составляет 0,3-0,75 расстояния между перемычками, а проходной канал каждого из патрубков больше приемного канала глубинного насоса и составляет 0,2-0,8 внутреннего диаметра подъемной колонны.

Кроме того:

патрубки с перемычками размещены по длине подъемной колонны с одинаковым шагом;

патрубки с перемычками размещены по длине подъемной колонны с разным шагом;

шаг размещения патрубков с перемычками, считая от нижней части подъемной колонны, принят с его увеличением;

шаг размещения патрубков с перемычками, считая от нижней части подъемной колонны, принят с его уменьшением;

проходной канал каждого из патрубков выполнен одинакового размера;

проходные каналы патрубков имеют разные размеры;

проходные каналы патрубков, один от другого по длине подъемной колонны и считая от нижней ее части, выполнены с уменьшением их проходного сечения;

проходные каналы патрубков, один от другого по длине подъемной колонны и считая от нижней ее части, выполнены с увеличением их проходного сечения;

проходной канал каждого из патрубков выполнен цилиндрическим по всей длине;

проходной канал каждого из патрубков содержит в ее верхней части коническую насадку;

часть патрубков имеет проходной канал цилиндрическим по всей длине, а часть патрубков имеет коническую насадку;

шаг размещения патрубков с перемычками по длине подъемной колонны и проходные каналы патрубков, один от другого по длине подъемной колонны и считая от нижней ее части, выполнены переменными;

патрубки размещены концентрично в подъемной колонне;

патрубки размещены эксцентрично относительно подъемной колонны;

патрубки, один от другого по длине подъемной колонны, за счет их разной эксцентричности в колонне образуют общий лабиринтный проходной канал;

верхние концы патрубков изогнуты в сторону подъемной колонны - Г-образно или к входному каналу в песочные карманы - П-образно, причем патрубки изогнуты в одну или разные стороны в различных сочетаниях.

Сущность изобретения заключается в том, что с последовательным размещением песочных стаканов в подъемной колонне и выполнением карманов с заданными соотношениями выполнения патрубков, которые получены опытным путем, обеспечивается возможность значительного увеличения сроков работы скважины с надежной очисткой пластовой жидкости от песка. Это объясняется тем, что практически неограниченно вся подъемная колонна при незначительном ее дооборудовании может служить для очистки добываемой жидкости без остановки скважины на замену ее системы очистки или профилактический осмотр. Устройство не представляет из себя жесткую компоновку, имеет малые габариты по диаметру и потому беспрепятственно может быть спущено в скважины любого диаметра и любой кривизны. Кроме того, устройство обеспечивает надежность очистки любой жидкости с любой ее вязкостью. Это все обеспечивается соотношениями в размещении патрубков и их размерами в пределах оговоренных диапазонов.

На чертеже показан общий вид устройства.

Устройство включает подъемную колонну 1. Она размещена под приемом глубинного насоса 2. В качестве глубинного насоса может быть применен, например, штанговый глубинный насос. По длине подъемной колонны размещены песочные карманы 3. Каждый из них образован внутренней поверхностью подъемной колонны 1, внешней поверхностью патрубка 4, размещенного внутри подъемной колонны 1, и перемычкой 5, жестко связывающей нижнюю часть внешней поверхности патрубка 4 с внутренней поверхностью подъемной колонны 1. Перемычка 5 может быть выполнена, например, в виде или заодно с муфтой или переводником, соединяющим секции или трубы подъемной колонны. Длина каждого из патрубков составляет 0,3-0,75 расстояния между перемычками 5. Проходной канал 6 каждого из патрубков 4 больше приемного канала глубинного скважинного насоса (не показан) и составляет 0,2-0,8 внутреннего диаметра подъемной колонны 1.

Кроме того, на чертеже показаны насосные штанги 7 глубинного насоса 2, хвостовик 8 насоса с фильтром, посадочное седло 9 для насоса 2. Посадочное седло может быть выполнено как составная часть рассматриваемого устройства. На чертеже показан также центратор 10, Количество центраторов может быть выбрано в зависимости от конкретной скважины и, в частности, в зависимости от ее кривизны. В нижней части подъемной колонны показаны входные отверстия 11 и заглушка 12. Подъемная колонна с устройством установлена над продуктивным пластом 13 в обсадной колонне 14 скважины.

Устройство работает следующим образом. Предварительно на устье скважины собирают устройство в соответствии с изобретением, т.е. узел подъемной колонны с песочными карманами в зависимости от условий в скважине, ее продуктивности, степени пескования пластовой жидкости и свойств пластовой жидкости, например ее вязкости. Для этого выбирают тип глубинного насоса 2, например, штангового, диаметр подъемной колонны 1, шаг установки песочных карманов 3 и их количество. При этом полезный объем каждого из песочных карманов 3 задают диаметром патрубка 4, его длиной, размещением по отношению к подъемной колонне 1 и конфигурацией. При этом учитывают свойства пластовой жидкости, например ее вязкость, что особенно важно, когда пластовой жидкостью является нефть. Шаг установки песочных карманов 3 принимают одинаковым или разным по длине подъемной колонны как и размеры и/или конфигурацию патрубков 4. Все это задают в соответствии с конкретными характеристиками скважины и пластовой жидкости. Устройство собирают, например, заодно с посадочным седлом 9. Затем на насосно-компрессорных трубах 10, например, диаметром 2 дюйма спускают устройство для отделения песка от пластовой жидкости с посадочным седлом 9 в верхней части и другими элементами и узлами в соответствии с чертежом. В качестве подъемной колонны 1 для устройства могут быть приняты, например, насосно-компрессорные трубы диаметром 3 дюйма. Для этой колонны патрубки 4 могут быть приняты, например, из труб диаметром 1 дюйм и длиной по 10 м. При этом расстояния между перемычками 5 или песочными карманами 3 составят, например, 20 м. Количество песочных карманов 3 по длине подъемной колонны 1 может быть принято, например, 3 штуки. Существует принципиальная возможность установки 10 и более таких карманов. Устройство устанавливают в скважине, ее обсадной колонне 14 над продуктивным пластом 13. Затем в скважину спускают глубинный насос 2, например, штанговый со штангами 7. Во время эксплуатации скважины, т.е. откачки пластовой жидкости из продуктивного пласта 13, при ходе плунжера насоса 2 вверх пластовая жидкость, насыщенная песчаной взвесью, через входные отверстия 11 поступает в подъемную колонну 1. Затем плунжер насоса 2 останавливают и перемещают вниз. В этот промежуток времени движение жидкости вверх прекращается. Тяжелые частицы песка выпадают в осадок в песочные карманы 3 и оказываются за пределами циркуляции жидкости. Они уже не подлежат выносу. Более мелкие частицы песка оседают выше в других карманах 3. Для того чтобы все карманы работали на оседание песка и чтобы нормальный технологический режим скважины с запланированной очисткой пластовой жидкости определялся работой не одного кармана, а совокупной их работой, выбирают шаг установки карманов по длине подъемной колонны в пределах установленных диапазонов, как и диаметр патрубков 4, их размеры и их конфигурацию. При этом привлекают данные предварительных испытаний для оптимизации параметров устройства для конкретных условий. Оптимальный выбор параметров устройства в пределах вышеоговоренных условий значительно увеличит межремонтные сроки работы скважины с очисткой пластовой жидкости от песка и предотвратит абразивный износ скважинного оборудования.

Формула изобретения

1. Устройство для отделения песка от пластовой жидкости в скважине при ее эксплуатации, содержащее подъемную колонну, размещенную под приемом глубинного насоса и последовательно установленные по длине подъемной колонны песочные карманы, отличающееся тем, что песочные карманы установлены на расстояниях друг от друга 10-30 м и каждый из них образован внутренней поверхностью подъемной колонны, внешней поверхностью патрубка, размещенного внутри подъемной колонны, и перемычкой, жестко связывающей нижнюю часть внешней поверхности патрубка с внутренней поверхностью подъемной колонны, при этом длина каждого из патрубков составляет 0,3-0,75 расстояния между перемычками, а проходной канал каждого из патрубков больше приемного канала глубинного насоса и составляет 0,2-0,8 внутреннего диаметра подъемной колонны.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубки с перемычками размещены по длине подъемной колонны с одинаковым шагом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубки с перемычками размещены по длине подъемной колонны с разным шагом.

4. Устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что шаг размещения патрубков с перемычками, считая от нижней части подъемной колонны, принят с его увеличением.

5. Устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что шаг размещения патрубков с перемычками, считая от нижней части подъемной колонны, принят с его уменьшением.

6. Устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что проходной канал каждого из патрубков выполнен одинакового размера.

7. Устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что проходные каналы патрубков имеют разные размеры.

8. Устройство по одному из пп.1-5 и 7, отличающееся тем, что проходные каналы патрубков, один от другого по длине подъемной колонны и, считая от нижней ее части, выполнены с уменьшением их проходного сечения.

9. Устройство по одному из пп.1-5 и 7, отличающееся тем, что проходные каналы патрубков, один от другого по длине подъемной колонны и, считая от нижней ее части, выполнены с увеличением их проходного сечения.

10. Устройство по одному из пп.1-9, отличающееся тем, что проходной канал каждого из патрубков выполнен цилиндрическим по всей длине.

11. Устройство по одному из пп.1-9, отличающееся тем, что проходной канал каждого из патрубков содержит в его верхней части коническую насадку.

12. Устройство по одному из пп.1-9, отличающееся тем, что часть патрубков имеет проходной канал цилиндрическим по всей длине, а часть патрубков имеет коническую насадку.

13. Устройство по одному из пп.1, 3-5 и 7-12, отличающееся тем, что шаг размещения патрубков с перемычками по длине подъемной колонны и проходные каналы патрубков, один от другого по длине подъемной колонны и, считая от нижней ее части, выполнены переменными.

14. Устройство по одному из пп.1-13, отличающееся тем, что патрубки размещены концентрично в подъемной колонне.

15. Устройство по одному из пп.1-13, отличающееся тем, что патрубки размещены эксцентрично относительно подъемной колонны.

16. Устройство по одному из пп.1-13 и 15, отличающееся тем, что патрубки, один с другим по длине подъемной колонны, за счет их разной эксцентричности в колонне образуют общий лабиринтный проходной канал.

17. Устройство по одному из пп.1-16, отличающееся тем, что верхние концы патрубков изогнуты в сторону подъемной колонны Г-образно или к входному каналу в песочные карманы П-образно, причем патрубки изогнуты в одну или разные стороны в различных сочетаниях.

РИСУНКИ

Рисунок 1