Способ для эксплуатации скважин и устройства для его реализации

Группа изобретений относится к нефтяному машиностроению, а именно к многоступенчатым погружным насосам для откачки пластовой жидкости из скважин и к способам эксплуатации скважин, в которых используются такие насосы. Способ эксплуатации скважин установкой электроцентробежного насоса включает ввод скважины в эксплуатацию, добычу скважинного продукта, остановки, повторные запуски установки, которая включает герметично свинченные насосно-компрессорные трубы, двигатель, электроцентробежный насос, который содержит корпус, вал, ступени, основание и ловильную головку, герметично установленный над насосом обратный клапан, отличающийся тем, что в нижней части насоса установлено запорное устройство насоса в виде по крайней мере одного клапана, состоящего из неподвижного корпуса и динамической втулки, установленной на валу, которое во время остановки насоса герметично, а во время работы насоса открывается и соединяет нижнюю часть насоса с затрубным пространством. Модуль запорного клапана электроцентробежного насоса для эксплуатации скважин включает корпус, концевые детали, вал, по крайней мере один клапан, гидравлически соединяющий вход в насос и затрубное пространство, который состоит из корпуса клапана, установленного неподвижно, и динамической втулки, установленной на валу. Электроцентробежный насос для эксплуатации скважин, корпус которого содержит в нижней части по крайней мере один клапан, гидравлически соединяющий вход в насос и затрубное пространство, который состоит из корпуса клапана, установленного неподвижно в корпусе насоса, и динамической втулки, установленной на валу. Технический результат заключается в повышении эффективности предложенной группы изобретений. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляется группа изобретений, которая относится к нефтяному машиностроению, а именно к многоступенчатым погружным насосам для откачки пластовой жидкости из скважин и к способам эксплуатации скважин, в которых используются такие насосы.

Уровень техники

Известен способ эксплуатации скважин 2559999 С2 от 19.09.2014 установкой электроцентробежного насоса, включающий ввод скважины в эксплуатацию, добычу скважинного продукта, остановки, повторные запуски установки, которая включает герметично свинченные насосно-компрессорные трубы электроцентробежного насоса, двигатель, герметично установленные над насосом обратный и сбивной клапаны. Недостатком является то, что при остановке установки обратный клапан, установленный над насосом, герметично закрывается, внутри насоса образуется герметичная область (по сути, колокол), соединенная с пластовой жидкостью в нижней части через отверстия основания или входного модуля. Через эти отверстия насос может заполняться свободным газом, вследствие чего будет затруднен или невозможен повторный запуск.

Наиболее близким аналогом RU 12421602 С1 от 20.06.2011 является способ эксплуатации скважины, включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб, электроцентробежного насоса с входным модулем, электродвигателя с гидрозащитой, универсальный клапан, выполняющий функции обратного и промывочного клапанов. Недостатком является то, что при останове установки обратный клапан, установленный над насосом, герметично закрывается, внутри насоса образуется герметичная область, соединенная с пластовой жидкостью в нижней части через отверстия основания или входного модуля. По сути, колокол.

Недостаток приведенных решений состоит в том, что через указанные отверстия насос может заполняться свободным газом, вследствие чего будет затруднен или невозможен повторный запуск.

В настоящий момент газозапорное устройство насоса отсутствует в используемых в промышленности изделиях. По этой причине ближайшим аналогом являются сбивной и промывочный клапаны, описанные в рассмотренных выше патентах. Их недостатком является то, что они не могут автоматически открываться при остановке насоса. Удаление лишнего газа для данных клапанов является случайной, побочной функцией, которая исполняется лишь изредка: 1) когда клапан сбивной (предназначен для слива жидкости из колонн НКТ при подъеме установки центробежного погружного насоса из скважины) сбивают при подъеме установки, либо 2) когда промывочный клапан задействуется в целях периодической промывки лифта скважин и при закачке ингибиторов для борьбы с солеотложениями, коррозией в насосно-компрессорных трубах, при глушении скважин. Такие устройства не могут обеспечить герметичность на входе в насос.

Требуется техническое решение, которое сможет при остановке насоса обеспечить герметичность находящейся внутри газожидкостной смеси, чтобы сохранить до повторного включения допустимое содержание свободного газа. Это важно, если содержание свободного газа в затрубном пространстве на момент включения установки выше допустимого, при котором насос может работать. При работе погружной установки газосепаратор сепарирует свободный газ, и в насос поступает дегазированная смесь с приемлемым содержанием свободного газа. При остановке газосепаратор не работает, через входные отверстия газосепаратора насос соединен с затрубным пространством и содержание свободного газа внутри насоса сначала становится равным содержанию свободного газа в затрубном пространстве, а затем газ начинает собираться в насосе как в стакане с дном, направленным вверх, который установлен в газожидкостной смеси.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности эксплуатации скважин с высоким содержанием свободного газа за счет устранения вероятности, что содержания свободного газа внутри насоса при его остановке превысит допустимую величину. Техническим результатом является решение указанной задачи, в частности, состоящее в герметичном клапане, установленном на входе в насос, который сможет устранить гидравлическое соединение внутренней части насоса с затрубным пространством, сохранить давление и соответственно содержание свободного газа внутри насоса, которое было при работе газосепаратора. При снижении герметичности запорного клапана, появлении утечки должен открываться газоотводящий клапан, установленный на выходе из насоса. В этом случае насос будет подобен стакану с дном, повернутым вниз, и будет заполняться дегазированной жидкостью. Поступление дегазированной жидкости сверху должно быть выше, чем утечки из запорного клапана.

Сущность изобретения

Техническая задача решается тем, что применяется способ эксплуатации скважин установкой электроцентробежного насоса, включающий ввод скважины в эксплуатацию, добычу скважинного продукта, остановки, повторные запуски установки, которая включает герметично свинченные насосно-компрессорные трубы, двигатель, электроцентробежный насос, который включает корпус, вал, ступени, основание и ловильную головку, герметично установленные над насосом обратный и сбивной клапаны, при этом в соответствии с предлагаемым изобретением в нижней части насоса установлено запорное устройство насоса в виде, по крайней мере, одного клапана, состоящего из неподвижного корпуса и динамической втулки, установленной на валу, которое во время остановки насоса герметично, а во время работы насоса открывается и соединяет нижнюю часть насоса с затрубным пространством.

Для целей настоящей заявки понятия «до» и «после» чего-либо определяются по направлению хода жидкости при работе насоса.

Под работой насоса и временем работы насоса понимается состояние насоса, когда его ротор вращается и пластовая жидкость перекачивается.

Приведенная совокупность действий приводит к достижению технического результата и к эффективной эксплуатации скважины за счет устранения возможности собирания газа в насосе до концентрации, при которой невозможна его работа.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, запорное устройство насоса изготовлено в виде отдельного модуля запорного клапана, который установлен непосредственно на входе в насос.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в верхней части насоса и до обратного клапана устанавливается газоотводящее устройство насоса, которое во время работы насоса герметично, а во время остановки работы насоса открывается и соединяет верхнюю часть насоса с затрубным пространством.

Предложенный вышеописанный способ реализуется с помощью модуля запорного клапана электроцентробежного насоса для эксплуатации скважин, включающего корпус, концевые детали, вал, по крайней мере, один клапан, гидравлически соединяющий вход в насос и затрубное пространство, который состоит из корпуса клапана, установленного неподвижно, и динамической втулки, установленной на валу.

Запорное устройство, установленное в нижней части насоса или в отдельном модуле, во время работы насоса должно быть открыто и соединять нижнюю часть насоса с затрубным пространством, во время остановки герметично закрыто. Это позволяет сохранить допустимое для работы насоса содержание свободного газа.

Если газозапорное устройство насоса изготовлено в отдельном модуле, например во входном модуле, это позволяет сохранить унификацию.

Также конструктивно в нижней части корпуса насоса может быть установлен клапан, гидравлически соединяющий вход в насос и затрубное пространство, который состоит из корпуса клапана, установленного неподвижно в корпусе насоса, и динамической втулки, установленной на валу.

Это позволяет снизить стоимость изделия.

Под нижней частью насоса для целей настоящей заявки понимается часть насоса, расположенная ниже ступени (ступеней) центробежного скважинного насоса.

Для целей настоящей заявки словосочетания «модуль запорный насоса» и «входной модуль с запорным клапаном» понимаются как равнозначные.

Приведенная конструкция устройства приводит к достижению технического результата и к эффективной эксплуатации скважины за счет устранения вероятности собирания газа внутри насоса с образованием воздушной пробки.

Дополнительным техническим результатом выполнения запорного клапана в отдельном модуле насоса является возможность снабжения уже выпущенных насосов дополнительной секцией такого модуля, что, соответственно, не потребует замены всего насоса или его нижней части.

Краткое описание графических материалов, поясняющих сущность изобретения

На фиг. 1 схематично показана компоновка скважинного оборудования для осуществления предложенного способа эксплуатации скважин.

На фиг. 2 - запорный клапан насоса, установленный во входном модуле, в закрытом положении.

На фиг. 3 - запорный клапан насоса, установленный во входном модуле, в открытом положении.

На фиг. 4 - запорный клапан насоса, установленный на входе в насос, в закрытом положении.

На фиг. 5 - запорный клапан, установленный на входе в насос, в открытом положении.

На фиг. 6 - модуль газоотводящего клапана насоса в разрезе.

Установка электроцентробежного насоса включает герметично свинченные насосно-компрессорные трубы (не показаны), двигатель, газосепаратор (не показаны), электроцентробежного насос 1.

Насос включает корпус 2, вал 3, ступени 4, основание 5, которое может иметь входные отверстия 6, головку 7, герметично установленный над насосом обратный клапан 8.

В верхней части насоса, до обратного клапана, установлено газоотводящее устройство насоса, которое во время работы насоса герметично, во время остановки открывается и соединяет верхнюю часть насоса с затрубным пространством.

Конструктивно газоотводящее устройство насоса может быть изготовлено в головке насоса или в виде отдельного модуля газоотводящего клапана 9, который устанавливается непосредственно над ловильной головкой 7 верхней секции насоса.

Модуль газоотводящего клапана насоса 8 включает корпус модуля 10, установленный внутри корпуса нормально открытый обратный клапан 11, гидравлически соединяющий внутреннюю область установки 12 и затрубное пространство, на входе и выходе которого установлены фильтры 13 и 14.

Запорный клапан состоит из корпуса клапана 15, который может быть изготовлен в виде опоры колеса или направляющего аппарата, и динамической втулки 16, установленной на валу 17. На динамической втулке 16 установлены опорные шайбы 18, которые могут быть изготовлены из композитного материала или эластомера. Между ступицей динамической втулки и валом может быть установлено уплотнение 19. В верхней части динамической втулки установлена верхняя опорная шайба 20 или осевая опора с твердосплавными шайбами. Осевая сила, направленная вверх, может восприниматься короткими шпонками, установленными на валу, в этом случае шпоночный паз в ступице рабочего колеса должен быть не сквозной, см. Фиг 3.

Динамическая втулка 16 может иметь лопаточный венец 21 на периферии, а на внутренней части корпуса клапана 15 может быть нарезана винтовая канавка 22.

Конструктивно запорный клапан может быть установлен на входе в насос или в отдельном модуле.

Сама установка, используемая указанным способом и имеющая названные конструктивные особенности, работает следующим образом. При вращении двигателем вала 3 погружного многоступенчатого центробежного насоса 1 рабочая жидкость с уменьшенным благодаря работе газосепаратора содержанием свободного газа поступает через входные отверстия 6, основание 5.

Проходит через ступени 4, установленные в корпусе 2, при этом повышается давление. Свободный газ, который присутствует в пластовой жидкости, растворяется. При работе насоса 1 обратный клапан 11, установленный в корпусе 9 закрыт, обратный клапан 8 открыт. Динамические втулки 16 за счет динамического напора потока жидкости подняты и установлены в верхнем положении, см. Фиг. 3 и 5.

Лопаточный венец 21 и винтовая канавка 22 диспергируют, измельчают газожидкостную смесь, за счет этого увеличивается допустимое содержание свободного газа на входе в насос.

При остановке насоса 1 обратный клапан 8 герметично закрывается, на него давит столб пластовой жидкости из насосно-компрессорных труб. Внутри насоса образуется герметичная область, по сути, колокол (стакан повернутый дном вниз), соединенная с пластовой жидкостью в нижней части через отверстия 6 основания 5, входного модуля или газосепаратора. После остановки насоса 1 давление во внутренней области 12 снижается, выделяется газ. Газожидкостная смесь пытается выйти в затрубное пространство через отверстия 5, проходя через динамические втулки 16, воздействует на них динамическим напором и устанавливает в нижнем положении, см. Фиг. 2 и 4. Опорные шайбы 18 играют роль торцевых уплотнений, кольца 19 - радиальных. Запорный клапан закрывается и сохраняет высокое давление внутри насоса. Содержание свободного газа остается приемлемым для повторного включения насоса. Если не удается обеспечить полную герметичность, например уплотнения 19 износились, механические примеси, проходя через узкие каналы, забивают их, снижают утечки.

Если время остановки двигателя длительное, давление внутри насоса за счет утечек может сравняться с давлением в затрубном пространстве. В этом случае открывается газоотводящий клапан 5. Ширина каналов в нем больше, чем в запорном клапане. И насос уподобляется стакану, установленному в газожидкостной смеси дном вниз. Постепенно насос заполняется дегазированной жидкостью. Это позволяет успешно вывести насос на рабочий режим. После включения установки давление в насосе повышается, газоотводящий клапан 11 закрывается, запорный открывается и насос 1 начинает работать в штатном режиме.

Использование предлагаемого способа эксплуатации скважин и устройства для его осуществления позволит обеспечить надежность эксплуатации и ресурс работы установки.

1. Способ эксплуатации скважин установкой электроцентробежного насоса, включающий ввод скважины в эксплуатацию, добычу скважинного продукта, остановки, повторные запуски установки, которая включает герметично свинченные насосно-компрессорные трубы, двигатель, электроцентробежный насос, который содержит корпус, вал, ступени, основание и ловильную головку, герметично установленный над насосом обратный клапан, отличающийся тем, что в нижней части насоса установлено запорное устройство насоса в виде по крайней мере одного клапана, состоящего из неподвижного корпуса и динамической втулки, установленной на валу, которое во время остановки насоса герметично, а во время работы насоса открывается и соединяет нижнюю часть насоса с затрубным пространством.

2. Способ эксплуатации скважин установкой электроцентробежного насоса по п. 1, который отличается тем, что запорное устройство насоса изготовлено в виде отдельного модуля запорного клапана, который установлен на входе в насос.

3. Способ эксплуатации скважин установкой электроцентробежного насоса по п. 1, который отличается тем, что в верхней части насоса до обратного клапана установлено газоотводящее устройство насоса, которое во время работы насоса герметично, а во время остановки открывается и соединяет верхнюю часть насоса с затрубным пространством.

4. Модуль запорного клапана электроцентробежного насоса для эксплуатации скважин, включающий корпус, концевые детали, вал, по крайней мере один клапан, гидравлически соединяющий вход в насос и затрубное пространство, который состоит из корпуса клапана, установленного неподвижно, и динамической втулки, установленной на валу.

5. Электроцентробежный насос для эксплуатации скважин, корпус которого содержит в нижней части по крайней мере один клапан, гидравлически соединяющий вход в насос и затрубное пространство, который состоит из корпуса клапана, установленного неподвижно в корпусе насоса, и динамической втулки, установленной на валу.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и может быть применено для упрощения выбора оптимальных настроек регулятора потока для улучшения требуемой целевой функции в многозонной скважине с изоляцией зон.

Изобретение относится к средствам ориентации скважинной трубы внутри ствола скважины. Способ ориентирования колонны насосно-компрессорных труб в стволе скважины включает спуск колонны скважинных труб внутрь колонны обсадных труб в стволе скважины, зацепление инструмента выравнивания скважинных труб с инструментом выравнивания обсадных труб во время спуска колонны скважинных труб, поворот вращение/поворот колонны скважинных труб в ответ на зацепление инструмента выравнивания скважинных труб с инструментом выравнивания обсадных труб, совмещение поворотом отверстия в колонне скважинных труб с отверстием в колонне обсадных труб через колонну обсадных труб на основе поворота и удерживание совмещенности отверстия в колонне скважинных труб с отверстием в колонне обсадных труб по оси и поворотом.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и, в частности, к способу проведения водоизоляционных работ в скважине. Технический результат - повышение эффективности и надежности проведения водоизоляционных работ в скважине.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для последовательного отбора нефти и воды из скважины. Устройство содержит спущенный в скважину электроцентробежный насос с заглушенным снизу приемным патрубком, проходящим через пакер, разделяющий верхний и нижний пласты, и имеющим отверстия для выхода продукции нижнего пласта в надпакерное пространство и отверстия для входа расслоившихся нефти и воды нижнего пласта в приемный патрубок, верхний и нижний поплавки промежуточной плотности с посадочными седлами, расположенными перед входными отверстиями, глубинный прибор, спущенный внутрь приемного патрубка и соединенный с телеметрической системой погружного электродвигателя кабелем.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для одновременно-раздельной эксплуатации пластов. Скважинный управляемый электромеханический клапан состоит из корпуса, присоединительного “мокрого контакта”, привода, включающего микроэлектродвигатель, питающийся от “нулевой точки” электродвигателя центробежного насоса, и редуктор с выходным валом, жестко соединенным с гайкой винтопары, внутри которой перемещается винт, соосно сочлененный с полым штоком с проходным отверстием для измерения давления в пласте.

Предложены система и способ для улучшения добычи углеводорода из газовых скважин и, в частности, для улучшения добычи углеводорода с использованием систем для насосно-компрессорной добычи.

Изобретение относится к внутрискважинным инструментам, к раздвижному узлу стыковочного ниппеля. Узел стыковочного ниппеля содержит корпус и наконечник стыковочного ниппеля, расположенный на дистальном конце корпуса, компрессионное кольцо, размещенное вокруг наружной стороны корпуса и выполненное с возможностью осевого перемещения относительно корпуса сразу после того, как было приведено в действие, и множество зажимных кулачков, присоединенных и пролегающих между компрессионным кольцом и наконечником стыковочного ниппеля.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при проведении работ по ограничению водопритока без предварительного подъема скважинного оборудования в условно вертикальных скважинах с обсаженным стволом.

Изобретение относится к управлению погружными электронасосными установками для добычи нефти из скважин. Управляемая система содержит согласующий трансформатор, кабельную линию, регулирующий штуцер, трубопроводный обратный клапан, первый патрубок, муфтовый переводник, насосно-компрессорные трубы, сбивной клапан, скважинный обратный клапан, второй патрубок, ловильную головку, погружной электроцентробежный насос, газосепаратор, протектор, погружной электродвигатель, фильтр и систему управления.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) нескольких продуктивных пластов одним погружным насосом.

Изобретение относится к устройствам для перекрытия бурильных труб и может быть использовано при бурении, смене инструмента и ремонте скважин без их глушения, для предотвращения фонтанирования скважин, зашламления турбобура и перелива жидкости через бурильную колонну при наращивании бурильных труб в процессе бурения.

Группа изобретений относится к многостадийному гидроразрыву пласта со множеством зон пласта, которые должны быть последовательно изолированы для обработки. Для этого предусмотрен скважинный инструмент и способ его открытия.

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано при эксплуатации высокообводненных скважин. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности, обеспечение работоспособности установки при отборе скважинной продукции с высоким газовым фактором и увеличение добывных возможностей установки за счет упрощения насоса.

Изобретение относится с скважинному оборудованию и может быть использовано в нефтегазодобывающих скважинах, оборудованных погружными электроцентробежными насосами (далее ЭЦН).

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для термошахтной разработки месторождения высоковязкой нефти. Устройство содержит корпус, гидравлически сообщающийся с устьем скважины, выпускной клапан, седло которого установлено в днище корпуса, а запорный орган соединен с поплавком.

Группа изобретений относится к скважинной сборке для обработки углеводородсодержащего пласта и, в частности, к его множественному гидроразрыву за одну операцию. Технический результат - повышение надежности работы скважинной сборки.

Изобретение относится к управлению или регулированию давления жидкостей и газов и к управлению или регулированию расхода в потоке текучей среды и может быть использовано для оптимизации объема оборудования, применяемого для создания систем измерений количества и показателей качества нефти или нефтепродукта (далее - СИКН).

Изобретение относится к области нефтедобычи и, в частности, к методам кислотной обработки призабойной зоны пласта с последующим вводом скважины в эксплуатацию. Способ также может быть применен при капитальном ремонте скважин и, в частности, при очистке каналов продуктивного пласта.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для обработки призабойных зон скважин. Устройство для обработки призабойной зоны скважины методом имплозии содержит корпус с верхним и нижним рядами радиальных каналов, размещенные в корпусе нижний ступенчатый поршень с осевым каналом и верхний подпружиненный поршень с осевым каналом, шаровой клапан с седлами, установленный между нижним ступенчатым и верхним подпружиненным поршнями и имеющий возможность перекрытия осевого канала верхнего поршня.

Изобретение относится к запорным элементам переливных клапанов и может быть применено в буровом оборудовании. Запорный орган выполнен в виде поджимаемого к седлу сферического запорного элемента в виде шарового сегмента, размещенного основанием вверх, с возможностью его перемещения, снабжен опорными элементами, выполненными в виде криволинейных ножек, изогнутых в направлении к вершине шарового сегмента.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для регулирования расхода закачиваемой воды в пласт при поддержании пластового давления. Технический результат – повышение надежности работы устройства и обеспечение возможности контроля приемистости пластов геофизическими методами. Устройство включает корпус со штуцерной втулкой, спущенное на насосно-компрессорных трубах со сквозными отверстиями против щелевых штуцеров, расположенных по периметру и выполненных с переменным поперечным сечением по длине щели. В нижнем торце штуцерная втулка выполнена в виде разрезной упругой цанги, лепестки которой оканчиваются треугольными выступами, входящими в зацепление с треугольными проточками в нижней части корпуса. Между лепестками цанги на внешней стороне в нижней части штуцерной втулки расположены направляющие срезные винты, входящие в продольные направляющие пазы в нижней части корпуса. В верхней части штуцерная втулка выполнена с седлом для ударного массивного груза и с треугольной проточкой для зацепления втулки ловителем. В нижней части корпуса установлена втулка с треугольными направляющими выступами по периметру ее торца и фиксирующими винтами. Для замены штуцерной втулки с цангой предусмотрена сменная штуцерная втулка, выполненная в виде шлямбура с треугольными направляющими. Они обеспечивают вместе с ответными треугольными направляющими выступами втулки точную посадку сменной штуцерной втулки против сквозных окон в корпусе. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх