Установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов
Владельцы патента RU 2353808:
Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина (RU)
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при добыче нефти из двух пластов одной скважины. Установка включает штанговый насос с плунжером, цилиндр, всасывающий и нагнетательный клапаны. Цилиндр снабжен боковым клапаном с фильтром. На цилиндре закреплены вспомогательный цилиндр с боковыми отверстиями и кожух с образованием между вспомогательным цилиндром и кожухом кольцевого пространства. Нижний конец цилиндра заглушен заглушкой. На кожухе закреплен всасывающий клапан, фильтр и хвостовик с пакером на конце. Плунжер выполнен комбинированным, состоящим из соединенных штоком верхнего и нижнего плунжера с клапанами, с размещением верхнего плунжера внутри цилиндра и нижнего плунжера внутри вспомогательного цилиндра. Нижний плунжер и шток имеют канал для сообщения пространства над и под нижним плунжером. Верхний плунжер и шток имеют канал для соединения пространства под верхним плунжером со входом в клапан верхнего плунжера. Обеспечивается работоспособность при любых величинах давления эксплуатируемых пластов. Обеспечивается возможность эксплуатации только одного из пластов. 3 ил.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при добыче нефти из двух пластов одной скважины.
Известна насосная установка для раздельной эксплуатации нескольких пластов, которая включает колонну лифтовых труб, штанговый насос, пакер и хвостовик. Штанговый насос снабжен дополнительным всасывающим клапаном, размещенным на боковой стенке цилиндра, который делит цилиндр по длине на две части, пропорциональные производительностям пластов. Установка обеспечивает возможность поступления в цилиндр насоса при движении его плунжера вверх сначала продукции низконапорного пласта, а после прохождения плунжером дополнительного клапана - продукции высоконапорного пласта (Патент РФ №2221136, опублик. 2004.01.10).
Недостатком известной установки является сложность разделения цилиндра в зависимости от производительности пластов и практическая неработоспособность в условиях меняющегося дебита хотя бы одного из пластов, что на практике часто имеет место.
Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности является скважинная штанговая насосная установка, содержащая штанговый насос с плунжером, цилиндр, всасывающий и нагнетательный клапаны, трубу, расположенную концентрично цилиндру насоса и образующую с ним герметичную камеру, с отверстиями в верхней части для поступления жидкости в надплунжерную область насоса, с распределителем потока с дополнительным клапаном и проходными каналами (патент РФ №2293215, опублик. 2007.02.10 - прототип).
Установка позволяет осуществлять отбор жидкости из двух пластов с разными давлениями. Однако установка имеет следующие недостатки:
- зависимость работы установки от разности давлений эксплуатируемых пластов. При малых величинах разностей давлений эксплуатируемых пластов работа установки становится невозможной;
- не соответствие реальных отбираемых дебитов каждого пласта расчетным, тем самым, сложно назначить оптимальные дебиты каждого пласта согласно режимам разработки месторождений;
- требуются предварительные исследования для определения обводненности продукции каждого пласта. Возможности прямого определения обводненности отсутствуют;
невозможность эксплуатировать в скважинах, осложненных асфальто-смолистыми парафиновыми отложениями (АСПО);
- имеет ограничение по вязкости отбираемой жидкости (до 0,025 Па·с);
зависимость самой конструкции насоса от забойных давлений эксплуатируемых пластов (в зависимости от величины давления применяется та или иная конструкция насоса);
- нет возможности эксплуатации только одного из пластов, полностью изолировав другой.
В предложенном изобретении решается задача обеспечения работоспособности при любых величинах давлений эксплуатируемых пластов, обеспечения производительности насоса в соответствии с дебитами пластов, обеспечение возможности эксплуатации только одного из пластов, полностью изолировав другой.
Задача решается тем, что в установке для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, включающей штанговый насос с плунжером, цилиндр, всасывающий и нагнетательный клапаны, согласно изобретению цилиндр снабжен боковым клапаном с фильтром, на цилиндре закреплены вспомогательный цилиндр с боковыми отверстиями и кожух с образованием между вспомогательным цилиндром и кожухом кольцевого пространства, нижний конец цилиндра заглушен заглушкой, на кожухе закреплен всасывающий клапан, фильтр и хвостовик с пакером на конце, плунжер выполнен комбинированным, состоящим из соединенных штоком верхнего и нижнего плунжера с клапанами, с размещением верхнего плунжера внутри цилиндра и нижнего плунжера внутри вспомогательного цилиндра, нижний плунжер и шток имеют канал для сообщения пространства над и под нижним плунжером, верхний плунжер и шток имеют канал для соединения пространства под верхним плунжером со входом в клапан верхнего плунжера.
Сущность изобретения
Установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов представлена на фиг.1, 2 и 3.
Установка состоит из цилиндра 1, снабженного боковым клапаном 2 с фильтром 3, на котором с помощью переходника 4 закреплены вспомогательный цилиндр 5 и через муфту 6 кожух 7 с образованием кольцевого пространства 8 между вспомогательным цилиндром 5 и кожухом 7. Вспомогательный цилиндр 5 имеет боковые отверстия 9. Нижний конец вспомогательного цилиндра 5 заглушен заглушкой 10. На кожухе 7 с помощью переходника 11 закреплены всасывающий клапан 12, фильтр 13 и через муфту 14 хвостовик 15. На конце хвостовика 15 закреплен пакер 16, который отделяет верхний пласт I от нижнего пласта II. Внутри цилиндра 1 размещен верхний плунжер 17, снабженный нагнетательным клапаном 18, а внутри вспомогательного цилиндра 5 размещен нижний плунжер 19, имеющий канал 20. Плунжера 17 и 19 жестко закреплены между собой штоком 21, образуя в комплексе комбинированный плунжер, который приводится в движение при помощи насосных штанг 22, соединенных со станком-качалкой (не показан). Шток 21 имеет с обеих сторон отверстия для прохода пластовой жидкости 23 и 24 соответственно. Установка спущена в эксплуатационную колонну скважины 25 на колонне насосно-компрессорных труб 26 и соединена с последней муфтой 27.
Установка работает следующим образом.
Установку размещают в скважине 25 на колонне насосно-компрессорных труб 26 так, чтобы пакер 16 обеспечивал полную изоляцию двух эксплуатируемых пластов I и II.
В положении, когда проход бокового клапана 2 закрыт телом плунжера 17, обеспечивается перекрытие пласта I. При ходе колонны штанг 22 и связанных с ней плунжера 17 и плунжера 19 вверх открывается клапан 12, закрывается клапан 18. Пластовая жидкость из пласта II проходит через хвостовик 15, через фильтр 13, клапан 12, по кольцевому пространству 8, через боковые отверстия 9, заполняет пространство под плунжером 17, проходит отверстие 23, канал 20 и поступает в пространство под плунжером 19. Заглушка 10 во вспомогательном цилиндре 5 необходима для изоляции пространства под плунжером 19 от жидкости в кольцевом пространстве 8. Вплоть до достижения и перекрытия плунжером 19 боковых отверстий 9 пластовая жидкость отбирается только из пласта II. При достижении и перекрытии плунжером 19 боковых отверстий 9 жидкость из пласта II перестает поступать в устройство. Проход бокового клапана 2, закрытый ранее плунжером 17, открывается. Пластовая жидкость из пласта I, очистившись в фильтре 3 и открыв клапан 2, поступает в пространство под плунжером 17 и через отверстие 23 и канал 20 в пространство под плунжером 19. Отбор жидкости из пласта I таким образом происходит до достижения верхнего предела хода комбинированного плунжера.
При ходе комбинированного плунжера вниз клапаны 2 и 12 закрываются, а клапан 18 открывается. Жидкость, накопленная в пространствах под плунжером 17 и 19, через канал 20, отверстия 23 и 24 вытесняется в полость насосно-компрессорных труб 26. Далее цикл повторяется.
Таким образом, за один цикл отбор жидкости происходит сначала из пласта II изолированно от пласта I, затем из пласта I изолированно от пласта II. Отбор идет в полной изоляции двух пластов друг от друга, обеспечивая независимость отбора жидкости независимо от давлений пластов I и II.
Установка может работать также в двух других режимах (см. фиг.2, 3).
При возвратно-поступательном движении комбинированного плунжера в интервале а-б (фиг.2) работает только нижний пласт II. Проход бокового клапана 2 закрыт телом плунжера 17, обеспечивая перекрытие пласта I. При ходе комбинированного плунжера вверх из а в б пластовая жидкость всасывается через клапан 12, пройдя через кольцевое пространство 8 и боковые отверстия 9, и заполняет пространство под плунжерами 17 и 19. При ходе комбинированного плунжера вниз из положения б в положение а накопленная в полостях установки пластовая жидкость нагнетается через клапан 18 в насосно-компрессорные трубы 26.
При возвратно-поступательном движении комбинированного плунжера в интервале в-г (фиг.3) боковой клапан 2 открыт, а боковые отверстия 9 на вспомогательном цилиндре 5 закрыты плунжером 19. Вследствие чего отбор продукции скважины происходит только через боковой клапан 2 из пласта I. Из пласта II отбор продукции не происходит.
Возможность установки работать в данных режимах позволяют исследовать каждый эксплуатируемый пласт по отдельности (определять дебит, обводненность, нефтеотдачу и т.д.), а также организовать периодическую откачку пластовой жидкости из каждого пласта с разными параметрами и с разной цикличностью, не останавливая всю установку, регулируя длину хода полированного штока станка-качалки (не показана) и число качаний.
Интервалы а-б и в-г имеют зависимость от длин применяемых плунжеров:
где
La-б - длина интервала а-б,
Lпл17 - длина плунжера 17,
Lв-г - длина интервала в-г,
Lпл19 - длина плунжера 19.
Таким образом, общая длина хода комбинированного плунжера установки будет равна:
или
где Lуст - общая длина хода комбинированного плунжера.
Такая зависимость позволяет регулировать количество откачиваемой пластовой жидкости с каждого пласта, изменяя лишь размеры длин плунжеров 17 и 19 с условием, что общая длина комбинированного плунжера не меняется.
Использование предложенной установки позволит производить отбор продукции скважины из каждого пласта оптимально, что даст значительный прирост нефти.
Применение предложенной установки позволит:
- проводить исследование каждого пласта по дебиту и обводненности без привлечения бригад текущего ремонта скважин, регулируя длину хода и число качаний станка-качалки;
- эксплуатировать один из продуктивных пластов, остановив эксплуатацию другого пласта, независимо от их пластовых давлений. Таким образом, появляется возможность эксплуатировать каждый пласт периодически, изменяя режимы работы установки без привлечения бригад текучего ремонта скважин;
- эксплуатировать на скважинах, осложненных АСПО;
- эксплуатировать на скважинах с продукцией, имеющей большую вязкость;
- менять параметры откачки, не поднимая всю установку на поверхность.
Установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, включающая штанговый насос с плунжером, цилиндр, всасывающий и нагнетательный клапаны, отличающаяся тем, что цилиндр снабжен боковым клапаном с фильтром, на цилиндре закреплены вспомогательный цилиндр с боковыми отверстиями и кожух с образованием между вспомогательным цилиндром и кожухом кольцевого пространства, нижний конец цилиндра заглушен заглушкой, на кожухе закреплен всасывающий клапан, фильтр и хвостовик с пакером на конце, плунжер выполнен комбинированным, состоящим из соединенных штоком верхнего и нижнего плунжеров с клапанами, с размещением верхнего плунжера внутри цилиндра и нижнего плунжера внутри вспомогательного цилиндра, нижний плунжер и шток имеют канал для сообщения пространства над и под нижним плунжером, верхний плунжер и шток имеют канал для соединения пространства под верхним плунжером со входом в клапан верхнего плунжера.
