Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХ ПЛАСТОВ СКВАЖИН

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в нефтепромысловых скважинах.

Известна скважинная насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) двух пластов, содержащая колонну лифтовых труб, пакер, хвостовик и два отдельных центробежных насоса с отдельными кабелями, подающих продукцию верхнего и нижнего пластов в одну колонну лифтовых труб, по которой она подается на поверхность, причем продукция нижнего пласта подается нижним насосом в колонну лифтовых труб по обводному кожуху, в котором выполнен канал для сообщения приема верхнего насоса с надпакерным пространством скважины (книга "Одновременная раздельная эксплуатация многопластовых нефтяных месторождений". / Р.А. Максутов, Б.Е. Доброскок, Ю.В. Зайцев. - М.: "Недра", 1974).

Недостатком установки является то, что она не позволяет раздельный подъем и замер дебита продукции каждого из пластов в отдельности. Другим серьезным недостатком установки является трудоемкость монтажа на скважине, громоздкость оборудования (общая длина установки может достигать 30-35 м), сложность спуска в скважину одновременно двух кабелей. Также данная установка не позволяет использование различных сочетаний электродвигателей и насосов, так как стандартные размеры их заложены при изготовлении.

Близким аналогом по совокупности существенных признаков является установка для одновременно-раздельного исследования и эксплуатации электропогружным насосом многопластовой скважины (См. описание Патент РФ №2380522, 27.01.2010, Бюл. №3), в которой описывается возможность управления с поверхности скважины состояниями "открытия" и "закрытия" и степенью открытия регулирующего устройства, а также измерения на устье дебита флюида для пластов скважины. Установка включает в себя оснащение многопакерной или однопакерной компоновкой и спуск в нее колонны труб по крайней мере с одним регулирующим клапаном, состоящим из корпуса, внутри которого размещен электромеханический отсекающий элемент, и электропогружным насосом без или с кожухом.

Основным недостатком аналога является невозможность практического применения изобретения, т.к. на настоящий момент отсутствует работоспособная конструкция привода регулирующего клапана, отвечающего упомянутым выше критериям (управления с поверхности скважины состояниями "открытия" и "закрытия" и степенью открытия регулирующего клапана, а также измерения на устье дебита флюида для пластов скважины).

Такая работоспособная конструкция (прототип) предлагается в положительном решении на изобретение "Устройство для ОРЭ скважин" (№2013112976, 22.03.2013, Бюл. №27 от 2014 г.), в которой регулирующий клапан приводится с помощью электрогидравлической системы, включающей плунжерный насос высокого давления, с одной стороны кинематически связанный с валами привода (мотор-редуктора и ШВП), а с другой - гидравлически связанный с гидроцилиндром одностороннего действия, поршень которого посредством штока воздействует на перемещение затвора, при этом устройство включает в себя компенсирующую цилиндрическую диафрагму, внутренняя полость которой заполнена рабочей жидкостью (маслом) и сообщается со входом плунжерного насоса, а с внешней стороны - каналом в стенке корпуса с затрубным пространством.

Недостатком устройства можно считать снижение его надежности при высоких забойных давлениях в скважине (от 32 МПа и выше) и необходимость создания соответствующих высоких давлений в гидроприводе для управления с поверхности скважины состояниями "закрытия (открытия)". Это может привести к возникновению на валах привода (мотор-редуктора, ШВП) нежелательных высоких осевых нагрузок, которые могут быть причиной разрушения последних.

Таким образом, задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности работы устройства для ОРЭ двух пластов при эксплуатации электропогружным насосом.

Технический результат состоит в снижении осевой нагрузки на валы электропривода устройства для ОРЭ двух пластов при высоких забойных давлениях в процессе управления с поверхности состояниями "закрытия (открытия)" в скважине.

Экономический эффект от использования изобретения для насосных скважин может достигаться за счет: повышения надежности работы устройства, сокращения капитальных затрат на бурение дополнительных скважин; повышения добычи продукции; сокращения затрат на проведение технологических мероприятий, увеличения межремонтного периода скважины и срока службы подземного оборудования, сокращения времени на проведение исследования и замеров параметров скважины.

Устройство для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине, обеспечивающее достижение указанного выше технического результата, включает регулирующий клапан с системой гидропривода, содержащей размещенные в полости корпуса плунжерный насос, кинематически связанный с валом электропривода, и гидроцилиндр одностороннего действия, содержащий корпус с крышками и подпружиненный поршень, шток которого шарнирно связан с телом отсекающего элемента, выполненного в виде затвора, при этом насос включает в себя компенсирующую камеру, заполненную рабочей жидкостью, в которой расположена компенсирующая цилиндрическая диафрагма, ориентированная вдоль оси корпуса, компенсирующая диафрагма образует задиафрагменную полость, связанную каналом в стенке корпуса с затрубным пространством, и поддиафрагменную полость, которая гидравлически связана с входом плунжерного насоса, причем вход гидроцилиндра гидравлически соединен в выходом плунжерного насоса, а подпружиненный поршень гидроцилиндра одностороннего действия и связанный с ним штоком отсекающий элемент в момент закрытия (открытия) регулирующего клапана образуют дифференциальный поршень, у которого большей ступенью является подпружиненный поршень, а меньшей - отсекающий элемент.

Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием конструкции и действия устройства для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, сопровождаемым чертежом (фиг. 1), на котором изображена принципиальная схема устройства.

Устройство для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине состоит из плунжерного насоса 1, связанного кинематически с электроприводом 2 и гидравлически - с гидроцилиндром одностороннего действия 3, размещенных в корпусе 4.

Внутри гидроцилиндра перемещается поршень 5 со штоком 6, образующий надпоршневую полость 7. Поршень 5 подпружинен пружиной 8, которая размещается вне гидроцилиндра 3, упираясь с одной стороны в отбортовку штока 9, а с другой - в торец расточки корпуса 10 узла регулирующего клапана 11. Подпружиненный поршень 5 через шток 6 перемещает отсекающий элемент (затвор) 12 до посадки последнего на седло 13.

Плунжерный насос 1 включает в себя компенсирующую камеру 14, заполненную рабочей жидкостью, в которой расположена компенсирующая цилиндрическая диафрагма, ориентированная вдоль оси корпуса, компенсирующая диафрагма образует задиафрагменную полость 14а, связанную каналом в стенке корпуса с затрубным пространством, и поддиафрагменную полость 14б, которая гидравлически сообщается с входом плунжерного насоса 1.

При этом связанные между собой подпружиненный поршень 5, шток 6 и отсекающий элемент (затвор) 12 в момент закрытия (открытия) образуют дифференциальный поршень 15, у которого большей ступенью является подпружиненный поршень 5, а меньшей - отсекающий элемент 12. Величина давления в гидроцилиндре 3 будет зависеть от значения коэффициента дифференциации d (отношение площади меньшей ступени к площади - большей).

Устройство входит в установку ОРЭ (фиг. 1), включающей в себя оснащение скважины многопакерной или однопакерной компоновкой и спуск в нее колонны труб с регулирующим клапаном и электропогружным насосом.

Устройство работает следующим образом.

Крутящий момент от электропривода 2 преобразуется в возвратно-поступательное перемещение плунжера плунжерного насоса 1. При ходе нагнетания рабочая жидкость от плунжерного насоса 1 под давлением поступает в надпоршневую полость 7 гидроцилиндра 3, перемещая подпружиненный поршень 5 и связанный с ним штоком 6 отсекающий элемент 12.

Отсечение потока флюида из пласта происходит при посадке отсекающего элемента 12 на седло 13 при давлении Ргц в надпоршневой полости 7 гидроцилиндра 3, рассчитываемой по формуле:

Ргц=Рзаб×d+Рпр,

где Рзаб - забойное давление в скважине;

Рпр - давление на поршень от усилия пружины,

d - коэффициент дифференциации:

d=S₁/S₂, где

S₁ - площадь герметизируемой поверхности отсекающего элемента в момент закрытия(открытия) (см. фиг. 1, вид А);

S₂ - площадь поперечного сечения подпружиненного поршня.

Как видно из формулы, давление в гидроцилиндре будет тем меньше, чем меньше будет коэффициент d.

Степень перекрытия потока жидкости регулирующим клапаном будет зависеть от уровня заполнения надпоршневой полости 7 гидроцилиндра 3 рабочей жидкостью.