Способ управления гидроприводным насосным агрегатом нефтедобывающих скважин и устройство для его осуществления
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано преимущественно при добыче нефтепродукта из глубоких скважин с использованием гидроприводных насосных агрегатов, управляемых с поверхности. Гидроприводной насос содержит корпус со штоком, к торцам которого закреплены силовой поршень и поршень с нагнетательным клапаном. Шток поршней перемещается по челноковой схеме через муфту, закрепленную в цилиндре корпуса, который снабжен крышкой подвеса с грузами и крышкой посадки с клапаном. Подачу флюида под давлением к гидроприводному насосу производят через распределитель высоконапорным насосом по двум линиям попеременно и скачкообразно от расчетного максимального до минимального для всасывания нефтепродукта в полость насоса или вытеснения его из полости насоса в полость скважины. Попеременную и скачкообразную подачу флюида по линиям к гидроприводу насоса обеспечивает распределитель, снабженный золотником, который взаимодействует с датчиками давления в линиях подачи флюида. Повышается надежность управления гидроприводным насосным агрегатом, расширяются технологические возможности по извлечению нефтепродуктов с глубоких горизонтов со снижением энергетических затрат. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано преимущественно при добыче нефтепродукта из глубоких скважин с использованием гидроприводных насосных агрегатов, управляемых с поверхности.
Известны насосы с гидроприводом, где рабочая жидкость подается силовым насосом с поверхности периодически (пульсирующим движением) к поршню двигателя. (В.И.Пилипец, Погружные насосы с гидроприводом, Донецк, ДонГТУ, 1998 г., стр.6).
Недостатком этого технического решения является сложность обеспечения четкого взаимодействия между погружным и наземным оборудованием, поскольку связь между ними осуществляется через длинный столб упругой инерционной жидкости.
Известен скважинный гидроприводный насосный агрегат, содержащий поршневой насос и поршневой гидродвигатель, поршни которых связаны общим полным штоком, распределительное устройство с золотником, связанную с поршнем двигателя и проходящую через золотник тягу с упругими толкателями, установленными с возможностью взаимодействия в конце хода с золотником, всасывающие и нагнетательные клапаны, а также каналы подвода рабочей и отвода отработанной и добытой жидкости и переточные каналы. (SU1463962 А, 07.03.1989).
В данном агрегате насосный гидродвигатель управляется жидкостью, подаваемой с поверхности в скважину, проходящей через золотник и другие устройства, а добытая жидкость, вместе с подаваемой по трубопроводу, выдается на поверхность.
Такой способ управления гидродвигателем ненадежный, энергоемкий и мало производителен при добыче жидкости.
Все гидроприводные насосные агрегаты, имеющие золотниковые распределители жидкости, имеют ряд недостатков, что ограничивает их применение из-за наличия большого количества окон, проточек, пересекающих каналов, втулок, сложны конструктивно и требуют высокой точности изготовления. Использование таких агрегатов ограничивается и наличием в нефти воды до 5-10% и твердой фазы не более 0,5 г/л.
Часть недостатков, присущих погружным насосам с золотниковым распределением рабочей жидкости, устраняется при использовании клапанно-золотниковых и клапанных двигателей. В этих гидродвигателях вместо щелевых используют торцевые уплотнения, что упрощает конструкцию и позволяет откачивать жидкости с высоким содержанием твердой фазы.
Наиболее близким по своей технической сущности управления гидродвигателем и его устройству является устройство для управления гидроприводным насосным агрегатом нефтедобывающих скважин, включающее высоконапорный насос с флюидной емкостью, распределитель для каждой скважины с золотником и объемной крышкой, флюидные линии, датчики давления, манометры, гидроприводной насосный агрегат, содержащий крышки с торцов, поршневой гидродвигатель и поршневой насос, поршни которых связаны общим штоком, всасывающий и нагнетательный клапаны, каналы подвода флюида, переточные каналы для нефтепродукта и подвесной механизм. (В.И.Пилипец, Погружные насосы с гидродвигателем, Донецк, ДонГТУ, 1998 г., стр.12, рис.1.3).
Гидродвигатель этого агрегата снабжен двумя клапанами, установленными на концах тяги с переключающихся в конце каждого хода поршней посредством специальных вилок, клапаны в момент реверса попеременно перекрывают окна в днищах поршней.
Недостатком является отсутствие защиты клапанов гидродвигателя от их самопроизвольной перестановки при волновом движении рабочей и добываемой жидкостей в трубах в момент реверса поршней. Велики радиальные размеры - наличие тройной колонны труб.
Задачей, поставленной в изобретении, является надежное управление гидроприводным насосом и расширение технологических возможностей гидроприводных насосных агрегатов по добыче нефти с глубоких горизонтов со снижением энергетических затрат.
Учитывая, что работа гидроприводного насосного агрегата обеспечивается небольшим объемом флюида, то в нем может присутствовать смазывающая составляющая.
Эта задача решается тем, что в способе управления гидроприводным насосным агрегатом нефтедобывающих скважин, включающем подачу флюида под давлением от одного насоса одновременно к группе скважин, а для каждой скважины подачу флюида к гидроприводному насосному агрегату осуществляют через свой распределитель по двум линиям, подачу флюида в линиях под давлением производят попеременно и скачкообразно от расчетного максимального до минимального для всасывания нефтепродукта в полость насоса или вытеснения его из полости насоса в полость скважины.
А устройство для управления гидроприводным насосным агрегатом нефтедобывающих скважин, включающее высоконапорный насос с флюидной емкостью, распределитель для каждой скважины с золотником и объемной крышкой, флюидные линии, датчики давления, манометры, гидроприводный насосный агрегат, содержащий крышки с торцов, поршневой гидродвигатель и поршневой насос, поршни которых связаны общим штоком, всасывающий и нагнетательный клапаны, каналы подвода флюида, переточные каналы для нефтепродукта и подвесной механизм, корпус распределителя по торцам снабжен компенсаторами, а золотник распределителя выполнен в виде штока с кольцевыми выточками и поршней по осевой линии, причем на одном из концов штока золотника и стяжками объемной крышки закреплены пружины с упругой деформацией с возможностью перемещения штока золотника скачкообразно вдоль оси корпуса распределителя с перекрытием или открытием линий подвода и отвода флюида, при этом каждая из двух линий подвода флюида к гидроприводному насосу имеет обратный отвод к распределителю, датчику давления, манометру и линии слива.
Кроме того, в устройстве корпус гидроприводного насосного агрегата с торцов выполнен с крышкой подвеса с грузами и крышкой посадки с всасывающим клапаном на посадочное гнездо обсадной трубы, при этом боковая поверхность корпуса снабжена транспортными направляющими, а в цилиндре его закреплена муфта, через которую по челноковой схеме перемещается шток с закрепленным к торцу силовым поршнем, другой торец штока выполнен цилиндрическим с закрепленным к нему поршнем с нагнетательным клапаном, причем цилиндры снабжены переточными клапанами.
Кроме того, цилиндр гиродвигателя снабжен патрубками прокачки.
На фиг.1 показана принципиальная схема подачи флюида высоконапорным насосом с поверхности для управления гидроприводным насосным агрегатом, установленным в нефтедобывающей скважине.
На фиг.2 - общий вид распределителя.
На фиг.3 - общий вид компенсатора.
На фиг.4 - общий вид гидроприводного насосного агрегата. На фиг.5 - вид А-А на фиг.4.
Устройство содержит высоконапорный насос 1, емкость 2, распределитель 3 линии 4 и 5 подвода флюида, гидроприводной насосный агрегат 6, содержащий поршневой насос 7 с нагнетательным клапаном 8 и всасывающим клапаном 9, переточные каналы 10 и 11 для отвода нефтепродукта в полость "d" и поршневой гидродвигатель с сальниками. Поршни - 7 и 12 гидродвигателя связаны общим штоком 13 методом крепления по его торцам, проходящим через муфту 14, выполненную с сальниками 15 и закрепленную в цилиндре 16 корпуса гидроприводного насосного агрегата 6, причем, один из торцов штока выполнен цилиндрическим.
Цилиндр гидродвигателя снабжен закрываемыми патрубками прокачки 17 и 18 для освобождения от воздуха полостей "а" и "б" и линиями подвода флюида 4 и 5.
Корпус гидроприводного агрегата 6 с торцов выполнен с крышкой подвеса 19 с грузами 20 на канате 21 и линией подвода флюида 4 в полость "а", крышкой посадки 22 с сальником на посадочное гнездо 23 обсадной трубы 24 с сальниковым уплотнением 25, которое служит для разобщения полости колонны обсадных труб 24 на две части - "d" и "з", где из полости "d" нефтепродукт выдается на поверхность, а полость "з" заполнена добываемым нефтепродуктом.
Гидроприводный насосный агрегат 6 по боковой поверхности снабжен транспортными направляющими 26, которые совместно с грузами 20 обеспечивают надежное разделение полостей "d" и "з" в обсадной колонне труб 24 даже при наличии искривленной скважины.
Подачу флюида под давлением к гидроприводному насосному агрегату 6 осуществляют через распределитель 3, состоящий из корпуса 27 с объемной крышкой 28, а по торцам установлены компенсаторы 29, содержащие крышку 30 с отверстиями 31, гофрированную упругую мембрану 32, золотника, выполненного в виде штока 33 с выточками 34 и поршней 35 по осевой линии, а на одном из концов штока 33 золотника и стенками объемной крышки 28 закреплены пружины 36 с упругой деформацией, корпус 27 распределителя 3 снабжен патрубками 4, 5, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 для подключения флюидных линий, где линии 4 и 5 снабжены регулируемыми датчиками давления 44, 45 и манометрами 46,47.
Подготовка системы агрегата 6 к работе и его работа по добыче нефтепродукта осуществляется следующим образом.
На поверхности собирается рабочая схема управления гидроприводным насосом 12, линии 4 и 5 высоконапорных шлангов находятся в бухте или на барабанах (не показано), открываются патрубки прокачки 17 и 18 гидродвигателя, включают высоконапорный насос 1 и поочередно прокачивают линии 4 и 5 и соответственно полости "а" и "б" гидродвигателя 12 и распределителя 3, освобождаясь от воздуха с последующим надежным закрытием патрубков прокачки 17 и 18.
Затем производят спуск гидроприводного насосного агрегата 6 в скважину, обсаженную трубами 24 при помощи лебедки 47 на канате 21. По мере спуска высоконапорные шланги линий 4 и 5 крепятся к канату 21. Гидроприводный насосный агрегат 6 спускают на посадочное гнездо 23 с сальниковым уплотнением 25, а наличие транспортных направляющих 26 и грузов 20 на крышке подвеса 19 обеспечивает надежную посадку агрегата 6 с разобщением полости колонны обсадных труб 24 на две полости "d" и "з", где из полости "d" нефтепродукт выдается на поверхность, а полость "з" заполнена добываемым нефтепродуктом.
После спуска в скважину агрегата 6 устье обсадной трубы 24 герметизируется.
В зависимости от глубины залегания пластового нефтепродукта регулируются датчики давления 44 и 45 с таким расчетом, чтобы развиваемое давление флюида высоконапорным насосом 1 обеспечивало выдачу жидкости на поверхность с наибольшим удельным весом флюида или нефтепродукта плюс≥10 атм.
Для работы агрегата 6 (фиг.1, 2 и 4) по добыче нефтепродукта высоконапорным насосом 1 из емкости флюида 2 через распределитель 3 под давлением подают флюид в линию 4 в полость "а" гидродвигателя, так как поршень 12 гидродвигателя связан с поршнем насоса 7 штоком 13, они совместно перемещаются вниз до упора поршня 12 гидродвигателя в муфту 14 с сальниками 15, закрепленную в цилиндре 16 корпуса агрегата 6, при этом клапан 8 открывается и нефтепродукт набирается в полость "в" при закрытом клапане 9.
При перемещении гидроприводного поршня 12 вниз флюид из полости "б" выдавливается в линию 5 и через патрубки 42 и 37 распределителя 3 во флюидную емкость 2. В этот период патрубки 40, 4, 38, 37, 42, 43 распределителя 3 находятся открытыми, а патрубки 39-41,5 - закрытыми.
При упоре поршня 12 в муфту 14 в линии 4 поднимается давление флюида, превышающее необходимое для выдачи нефтепродукта на поверхность, и датчик давления 44 перепускает флюид в патрубок 40 распределителя 3, создавая давление под штоком 33 золотника и, перемещая его, при этом пружины 36 в объемной крышке 26 сжимаются и, пересекая линию горизонтального положения, скачкообразно перемещают шток 33 золотника в новое исходное положение, открывая и закрывая очередные патрубки распределителя 3, а именно становятся открытыми патрубки 40, 39, 41, 38, 5, 43, а закрытыми 4, 37, 42.
Для обеспечения скачкообразного перемещения штока 33 золотника с его выточками 34 и поршней 35 в корпусе 27 распределителя 3 дополнительно содействуют компенсаторы 29, где гофрированная упругая диафрагма 32 под крышкой 30 с отверстиями 31 может разместить оставшуюся часть флюида за счет своей податливости после перекрытия поршнем 35 патрубка слива 37 или 39 в период упругой деформации пружин 36.
В таком положении штока 33 золотника в распределителе 3 высоконапорный насос 1 подает флюид под давлением по линии 5 в полость "б" агрегата 6, где поршень 12 движется вверх вместе с насосным поршнем 7, клапан 8 которого закрывается и нефтепродукт вытесняется из полости "в" через проточные отверстия 10 и 11 цилиндра поршня 7 и агрегатного цилиндра 16 в полость "d" обсадной трубы 24, при этом клапан 9 открыт и нефтепродукт засасывается из полости "з" в полость "г", а флюид из полости "а" выдавливается в линию 4 и через патрубки 41 и 39 сливается в емкость 2. При упоре насосного поршня 7 в муфту 14 давление флюида в линии 5 увеличивается, датчик давления 45 перепускает флюид в патрубок 43, заполняя подштоковую выточку 34, создавая давление с движением штока 33 со сжатием пружин 36, которые, пересекая горизонтальную линию скачкообразно, перемещают шток 33 с перекрытием патрубков флюидных линий 5, 39, 41 и открытием патрубков 4, 37, 38, 40, 42, 43 в распределителе 3 с подачей флюида по линии 4 в полость "а" гидропривода с поршнем 12.
Таким образом, рабочие циклы гидроприводного насосного агрегата повторяются с выдачей нефтепродукта и газа соответственно через патрубки 48 и 49.
Использование способа управления гидроприводным насосным агрегатом и устройства для его осуществления при добыче нефтепродуктов из глубоких скважин повысит их надежность в работе, расширит технологические возможности применения и снизит экономические затраты.
1. Способ управления гидроприводным насосным агрегатом нефтедобывающих скважин, включающий подачу флюида под давлением от одного насоса одновременно к группе скважин, а для каждой скважины подачу флюида к гидроприводному насосному агрегату осуществляют через свой распределитель по двум линиям, отличающийся тем, что подачу флюида в линиях под давлением производят попеременно и скачкообразно от расчетного максимального до минимального для всасывания нефтепродукта в полость насоса или вытеснения его из полости насоса в полость скважины.
2. Устройство для управления гидроприводным насосным агрегатом нефтедобывающих скважин, включающее высоконапорный насос с флюидной емкостью, распределитель для каждой скважины с золотником и объемной крышкой, флюидные линии, датчики давления, манометры, гидроприводной насосный агрегат, содержащий крышки с торцов, поршневой гидродвигатель и поршневой насос, поршни которых связаны общим штоком, всасывающий и нагнетательный клапаны, каналы подвода флюида, переточные каналы для нефтепродукта и подвесной механизм, отличающееся тем, что корпус распределителя по торцам снабжен компенсаторами, а золотник распределителя выполнен в виде штока с кольцевыми выточками и поршней по осевой линии, причем на одном из концов штока золотника и стенками объемной крышки закреплены пружины с упругой деформацией с возможностью перемещения штока золотника скачкообразно вдоль оси корпуса распределителя с перекрытием или открытием линий подвода и отвода флюида, при этом каждая из двух линий подвода флюида к гидроприводному насосу имеет обратный отвод к распределителю, датчику давления, манометру и линии слива.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус гидроприводного насосного агрегата с торцов выполнен с крышкой подвеса, с грузами и крышкой посадки с всасывающим клапаном на посадочное гнездо обсадной трубы, при этом боковая поверхность корпуса снабжена транспортными направляющими, а в цилиндре его закреплена муфта, через которую по челноковой схеме перемещается шток с закрепленным к торцу силовым поршнем, другой торец штока выполнен цилиндрическим с закрепленным к нему поршнем с нагнетательным клапаном, причем цилиндры снабжены переточными клапанами.
4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что цилиндр гиродвигателя снабжен патрубками прокачки.
