Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ДОБЫЧИ ФЛЮИДА ИЗ ДВУХ ПЛАСТОВ СКВАЖИНЫ (ВАРИАНТЫ)

Группа изобретений относится к области горного дела, в частности к добыче нефти, и может быть использовано для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов одной скважины.

Известна установка для одновременно-раздельной добычи углеводородов электропогружным насосом, включающая электропогружной насос, спущенный в скважину на колонне труб, по крайней мере, с одним пакером, размещенным выше приема насоса. Колонна труб оснащена перепускной системой, состоящей, по меньшей мере, из двух муфт перекрестного течения, расположенных выше и ниже пакера, и, по крайней мере, из одного трубопровода, размещенного внутри колонны труб между муфтами перекрестного течения, последние выполнены с эксцентричными каналами, сообщающими полости колонны труб, а также сообщающимися между собой радиальными и осевыми каналами, образующими вместе с трубопроводом гидравлический канал перепускной системы, обеспечивающий сообщение или разобщение между собой пространств над и под пакером с помощью, по меньшей мере, одного регулировочного элемента, установленного в посадочном гнезде центрального канала перепускной системы, выполненном со сквозным осевым отверстием, гидравлически связанным с одной стороны с радиальными каналами муфты перекрестного течения, расположенными ниже или выше, или напротив интервала перфорации соответствующего пласта или места врезки бокового ствола скважины, а с другой стороны - с трубопроводом. (Патент RU №2365744 на изобретение. Способ одновременно-раздельной добычи углеводородов электропогружным насосом и установка для его реализации (варианты). - МПК: E21B 43/14, E21B 34/06. - 27.08.2009). Данное техническое решение принято за прототип.

Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является высокая трудоемкость регуляции дебита пластовых флюидов, связанная с необходимостью периодического подъема колонны труб с пакером на поверхность, что снижает эффективность эксплуатации скважины.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является возможность в режиме реального времени оперативно менять режим эксплуатации скважины в зависимости от изменения физических параметров пластовых флюидов.

Техническим результатом является повышение оперативности регуляции дебита пластовых флюидов в процессе эксплуатации скважины.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что, в известном устройстве для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов скважины, содержащем электропогружной насос, электрически связанный с силовым кабелем, спускаемый в скважину на колонне труб, по крайней мере, с одним пакером, размещенным выше приемного модуля насоса, оснащенной перепускной системой, состоящей из двух муфт перекрестного течения, расположенных выше и ниже пакера, и, по крайней мере, одного трубопровода, размещенного внутри колонны труб между муфтами перекрестного течения, последние выполнены с эксцентричными каналами, сообщающими полости колонны труб с выходом насоса, а также с радиальными и центральными каналами, образующими вместе с трубопроводом гидравлический канал перепускной системы, обеспечивающий сообщение или разобщение между собой полостей скважины над и под пакером с помощью регуляционного клапана, установленного в посадочном гнезде центрального канала верхней муфты перекрестного течения, выполненном со сквозным осевьм отверстием, гидравлически связанным с одной стороны с радиальными каналами верхней муфты перекрестного течения, а с другой стороны - с трубопроводом, согласно предложенному техническому решению,

перепускная система оснащена электроприводом возвратно-поступательного перемещения регуляционного клапана относительно посадочного гнезда, периодически спускаемым в скважину внутри колонны труб с помощью геофизического кабеля, электрически связанного с электроприводом, для чего регуляционный клапан снабжен регулировочным винтом, последний кинематической резьбой взаимодействует с ходовой гайкой, установленной в центральном канале верхней муфты перекрестного течения, и приводится во вращение электроприводом посредством сцепной втулочно-раздвижной муфты при сопряжении муфты перекрестного течения с корпусом спущенного электропривода под воздействием собственного веса с возможностью компенсации реактивной силы, вызываемой реверсивным вращением регулировочного винта;

сцепная втулочно-раздвижная муфта состоит из зубчатого хвостовика, соединенного с концом регулировочного винта, и надеваемой на него цилиндрической втулки со шлицами на внутренней поверхности, установленной на конце приводного вала спускаемого электропривода, сопрягаемых посредством зубчатого соединения с возможностью осевого смещения относительно друг друга;

на обеих торцовых поверхностях муфты перекрестного течения и корпуса спускаемого в колонну труб электропривода выполнены сопрягаемые между собой зубчатые кулачки;

корпус электропривода регуляционного клапана снабжен центратором его положения внутри колонны труб при сопряжении полумуфт сцепной втулочно-раздвижной муфты и муфты перекрестного течения с корпусом электропривода.

Указанный технический результат во втором варианте достигается тем, что в известном устройстве для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов скважины, содержащем электропогружной насос, электрически связанный с силовым кабелем, спускаемый в скважину на колонне труб, по крайней мере, с одним пакером, размещенным выше приемного модуля насоса, оснащенной перепускной системой, состоящей из двух муфт перекрестного течения, расположенных выше и ниже пакера, и, по крайней мере, одного трубопровода, размещенного внутри колонны труб между муфтами перекрестного течения, последние выполнены с эксцентричными каналами, сообщающими полости колонны труб с выходом насоса, а также с радиальными и центральными каналами, образующими вместе с трубопроводом гидравлический канал перепускной системы с возможностью сообщения или разобщения между собой полостей скважины над и под пакером с помощью регуляционного клапана, установленного в посадочном гнезде центрального канала верхней муфты перекрестного течения, выполненном со сквозным осевым отверстием, гидравлически связанным с одной стороны с радиальными каналами верхней муфты перекрестного течения, а с другой стороны - с трубопроводом, согласно предложенному техническому решению

перепускная система оснащена электроприводом возвратно-поступательного перемещения регуляционного клапана относительно посадочного гнезда, периодически спускаемым в скважину внутри колонны труб с помощью геофизического кабеля, электрически связанного с электроприводом, для чего регуляционный клапан выполнен с ходовой гайкой, последняя выступами подвижно установлена в пазах стенки центрального канала верхней муфты перекрестного течения с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно посадочного гнезда и взаимодействует с кинематической резьбой регулировочного винта, установленного в упорном подшипнике со стороны торца центрального канала верхней муфты перекрестного течения, исключающем относительное осевое перемещение регулировочного винта, последний приводится во вращение спущенным в скважину электроприводом посредством сцепной муфты при сопряжении муфты перекрестного течения с корпусом электропривода под воздействием собственного веса с возможностью компенсации реактивной силы, вызываемой реверсивным вращением регулировочного винта;

сцепная муфта состоит из зубчатого хвостовика, соединенного с концом регулировочного винта, и надеваемой на него цилиндрической втулки со шлицами на внутренней поверхности, установленной на конце приводного вала спускаемого электропривода, сопрягаемых посредством зубчатого соединения;

на обеих торцовых поверхностях муфты перекрестного течения и корпуса спускаемого в колонну труб электропривода выполнены сопрягаемые между собой зубчатые кулачки;

корпус электропривода регуляционного клапана снабжен центратором его положения внутри колонны труб при сопряжении полумуфт сцепной втулочной муфты и муфты перекрестного течения с корпусом электропривода.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных вариантов устройства для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов скважины, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявляемых технических решений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленные варианты технического решения могут быть реализованы на предприятиях машиностроения из общеизвестных материалов и технологии и использованы на скважинах нефтедобывающей отрасли для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов скважины. Следовательно, каждый вариант заявляемого технического решения соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

В настоящей заявке соблюдено требование единства изобретения, поскольку заявленные варианты устройства для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов скважины решают одну и ту же задачу - оперативно менять режим эксплуатации скважины в зависимости от физических параметров пластовых флюидов.

На фиг.1 схематично показан первый вариант предлагаемого устройства для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов скважины с присоединенным электроприводом регуляционного клапана; на фиг.2 - то же, со спускаемым электроприводом регуляционного клапана; на фиг.3 - то же, второй вариант; на фиг.4 - то же, при добыче скважинного флюида.

Устройство для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов скважины по первому варианту содержит электропогружной насос 1, электрически связанный с силовым кабелем 2, спускаемый в скважину на колонне труб 3, по крайней мере, с одним пакером 4. Колонна труб 3 оснащена перепускной системой, состоящей из муфты перекрестного течения 5, расположенной выше пакера 4, муфты перекрестного течения 6, расположенной ниже пакера 4, трубопровода 7, размещенного внутри колонны труб 3 между муфтами перекрестного течения 5 и 6, и регуляционного клапана 8, установленного в посадочном гнезде 9 центрального канала 10 верхней муфты перекрестного течения 5, выполненном со сквозным осевым отверстием 11, гидравлически связанным с одной стороны с радиальными каналами 12 верхней муфты перекрестного течения 5, а с другой стороны - с трубопроводом 7. В муфтах перекрестного течения 5 и 6 выполнены эксцентричные каналы 13, сообщающие полости 14,15 и 16 колонны труб 3 с выходом насоса 1. Радиальные каналы 12 и центральные каналы 10 муфт перекрестного течения 5 и 6 образуют вместе с трубопроводом 7 гидравлический канал перепускной системы с возможностью сообщения или разобщения между собой полостей 17 и 18 скважины над и под пакером 4, соответственно, с помощью регуляционного клапана 8. (Фиг.1). Перепускная система оснащена электроприводом 19 возвратно-поступательного перемещения регуляционного клапана 8 относительно посадочного гнезда 9, периодически спускаемым в скважину внутри колонны труб 3 с помощью геофизического кабеля 20, электрически связанного с электроприводом 19. Для этого регуляционный клапан 8 снабжен регулировочным винтом 21, который кинематической резьбой взаимодействует с ходовой гайкой 22, установленной в центральном канале 10 верхней муфты перекрестного течения 5, и приводится во вращение электроприводом 19 посредством сцепной втулочно-раздвижной муфты 23 при сопряжении муфты перекрестного течения 5 с корпусом 24 электропривода 19 под воздействием собственного веса с возможностью компенсации реактивной силы, вызываемой реверсивным вращением регулировочного винта 21. Для этого на обеих торцовых поверхностях муфты перекрестного течения 5 и корпуса 24 электропривода 19 выполнены сопрягаемые между собой зубчатые кулачки 25. Корпус электропривода 19 снабжен центратором 26 его положения внутри колонны труб 3 при сочленении полумуфт втулочно-раздвижной муфты 23 и сопряжении муфты перекрестного течения 5 с корпусом 24 электропривода 19. Сцепная втулочно-раздвижная муфта 23 состоит из зубчатого хвостовика 27, соединенного с концом регулировочного винта 21, и надеваемой на него цилиндрической втулки 28 со шлицами на внутренней поверхности, установленной на конце приводного вала электропривода 19, сопрягаемых между собой посредством зубчатого соединения с возможностью осевого перемещения относительно друг друга. (Фиг.2).

Регуляционный клапан 8 перепускной системы устройства для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов скважины по второму варианту выполнен с ходовой гайкой 29, которая радиальными выступами 30 подвижно установлена в пазах 31 стенки центрального канала 10 верхней муфты перекрестного течения 5 с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно посадочного гнезда 9 и взаимодействует с кинематической резьбой регулировочного винта 21, установленного в упорном подшипнике 32 со стороны торца центрального канала 10 верхней муфты перекрестного течения 5, исключающем осевое перемещение регулировочного винта 21 относительно верхней муфты перекрестного течения 5, который приводится во вращение спущенным в скважину электроприводом 19 посредством сцепной муфты 23 при одновременном сопряжении муфты перекрестного течения 5 с корпусом 24 электропривода 19 под воздействием собственного веса с возможностью компенсации реактивной силы, вызываемой реверсивным вращением регулировочного винта 21. (Фиг.3). Сцепная муфта 23 состоит из зубчатого хвостовика 27, соединенного с концом регулировочного винта 21, и надеваемой на него цилиндрической втулки 28 со шлицами на внутренней поверхности, установленной на конце приводного вала спускаемого электропривода 19, сопрягаемых посредством зубчатого соединения. На обеих торцовых поверхностях муфты перекрестного течения 5 и корпуса 24 спускаемого в колонну труб 3 электропривода 19 выполнены сопрягаемые между собой зубчатые кулачки 25. Корпус 24 электропривода 19 регуляционного клапана 21 снабжен центратором 26 его положения внутри колонны труб 3 при сопряжении полумуфт сцепной втулочной муфты 23 и муфты перекрестного течения 5 с корпусом 24 электропривода 19.

Устройства для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов скважины работают следующим образом.

По первому варианту устройства для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов скважины, электропогружной насос 1, электрически связанный с силовым кабелем 2, спускают в скважину на колонне труб 3, оснащенной муфтами перекрестного течения 5 и 6, соединенными трубопроводом 7, с регуляционным клапаном 8, установленным в посадочном гнезде 9 центрального канала 10 верхней муфты перекрестного течения 5, перекрывающим осевое отверстие 11 в посадочном гнезде 9, и закрепляют в скважине пакером 4, разобщающим верхний пласт I и нижний пласт II скважины. С поверхности скважины через силовой кабель 2 включают в работу электропогружной насос 1. Флюид нижнего пласта II через скважинную полость 18 поступает в приемный модуль насоса 1, с выхода которого под давлением через полость 14 колонны труб 3, эксцентричные каналы 13 и полость 15 скважинный флюид нагнетается в полость 16 колонны труб 3, по которой подается на поверхность скважины. (Фиг.4). При необходимости подключения к добыче флюида верхнего пласта I скважины и регуляции дебита скважинного флюида временно отключают электропогружной насос 1, затем с помощью геофизического кабеля 20 и центратора 26 вовнутрь колонны труб 3 спускают электропривод 19 перепускной системы, электрически связанный с геофизическим кабелем 20. Под воздействием собственного веса корпуса 24 с электроприводом 19 цилиндрическая втулка 28 надевается на зубчатый хвостовик 27, соединенный с концом регулировочного винта 21, образуя зубчатым соединением их сцепную втулочно-раздвижную муфту 23 с возможностью осевого смещения зубчатого хвостовика 27 относительно цилиндрической втулки 28. При сопряжении полумуфт сцепной втулочно-раздвижной муфты 23 одновременно сопрягаются верхняя муфта перекрестного течения 5 с корпусом 24 электропривода 19 посредством зубчатых кулачков 25. Затем электроприводу 19 с поверхности скважины по геофизическому кабелю 20 передаются электрические сигналы на полное или частичное открытие или закрытие сквозного осевого отверстия 11, в соответствии с которыми электроприводом 19 осуществляется соответствующее вращение регулировочного винта 21, передаваемое сцепной втулочно-раздвижной муфтой 23. Регулировочный винт 21 кинематической резьбой взаимодействует с ходовой гайкой 22, неподвижно установленной в верхней муфте перекрестного течения 5, вращением которого осуществляется возвратно-поступательное перемещение регулировочного винта 21 и соединенного с ним регуляционного клапана 8 относительно посадочного гнезда 9, а также зубчатого хвостовика 27 в цилиндрической втулке 28 сцепной втулочно-раздвижной муфты 23. За счет сопряжения зубчатых кулачков 25 на торцовых поверхностях верхней муфты перекрестного течения 5 и корпуса 24 электропривода 19 осуществляется компенсация реактивной силы, вызываемой реверсивным вращением регулировочного винта 21. С поверхности скважины через силовой кабель 2 включают в работу электропогружной насос 1. После достижения необходимой регуляции дебита скважинного флюида электропривод 19 с помощью геофизического кабеля 20 удаляется из колонны труб 3, при этом отсоединяется корпус 24 электропривода 19 от верхней муфты перекрестного течения 5 и разъединяется зубчатый хвостовик 27 от цилиндрической втулки 28 сцепной втулочно-раздвижной муфты 23. Флюид верхнего пласта/через скважинную полость 17 выше пакера 4, радиальные каналы 12 и центральный канал 10 верхней муфты перекрестного течения 5, сквозное осевое отверстие 11, просвет которого регулируется регуляционным клапаном 8, по трубопроводу 7, далее по центральному каналу 10 и радиальным каналам 12 нижней муфты перекрестного течения 6 поступает в скважинную полость 18 ниже пакера 4, в которой пластовые флюиды смешиваются между собой и скважинный флюид забирается приемным модулем насоса 1. С выхода насоса 1 под давлением через полость 14 колонны труб 3, эксцентричные каналы 13 муфт перекрестного течения 5 и 6 и полость 15 скважинный флюид нагнетается в полость 16 колонны труб 3, по последней скважинный флюид подается на поверхность скважины.

По второму варианту, при необходимости подключения к добыче флюида верхнего пласта I скважины и регуляции дебита скважинного флюида с помощью геофизического кабеля 20 и центратора 26 вовнутрь колонны труб 3 спускают электропривод 19 перепускной системы, электрически связанный с геофизическим кабелем 20. Под воздействием собственного веса корпуса 24 с электроприводом 19 цилиндрическая втулка 28 надевается на зубчатый хвостовик 27, соединенный с концом регулировочного винта 21, образуя зубчатым соединением их сцепную муфту 23. При сопряжении полумуфт сцепной муфты 23 одновременно сопрягаются верхняя муфта перекрестного течения 5 с корпусом 24 электропривода 19 посредством зубчатых кулачков 25. Затем электроприводу 19 с поверхности скважины по геофизическому кабелю 20 передаются электрические сигналы на полное или частичное открытие или закрытие сквозного осевого отверстия 11, в соответствии с которыми электроприводом 19 осуществляется соответствующее вращение регулировочного винта 21, передаваемое сцепной муфтой 23. Регулировочный винт 21 кинематической резьбой взаимодействует с ходовой гайкой 29, выполненной совместно с регуляционным клапаном 8. Вращением регулировочного винта 21, установленного в упорном подшипнике 32 со стороны торца центрального канала 10 верхней муфты перекрестного течения 5, исключающем осевое перемещение регулировочного винта 21 относительно верхней муфты перекрестного течения 5, осуществляется возвратно-поступательное перемещение ходовой гайки 29 с радиальными выступами 30 в пазах 31 стенки центрального канала 10 верхней муфты перекрестного течения 5 с регуляционным клапаном 8 относительно посадочного гнезда 9. За счет сопряжения зубчатых кулачков 25 на торцовых поверхностях верхней муфты перекрестного течения 5 и корпуса 24 электропривода 19 осуществляется компенсация реактивной силы, вызываемой реверсивным вращением регулировочного винта 21. С поверхности скважины через силовой кабель 2 включают в работу электропогружной насос 1. После достижения необходимой регуляции дебита скважинного флюида электропривод 19 с помощью геофизического кабеля 20 удаляется из колонны труб 3, при этом отсоединяется корпус 24 электропривода 19 от верхней муфты перекрестного течения 5 и разъединяется зубчатый хвостовик 27 от цилиндрической втулки 28 сцепной втулочно-раздвижной муфты 23. Потоки пластовых флюидов и скважинного флюида в этом случае протекают аналогично потокам при работе вышеописанного первого варианта устройства для одновременно-раздельной добычи флюида из двух пластов скважины.