Результат интеллектуальной деятельности: НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХ ПЛАСТОВ

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к погружным насосным установкам, эксплуатирующим одновременно два пласта скважины.

Известна насосная установка для эксплуатации пластов в скважине, содержащая колонну лифтовых труб, кабель, хвостовик, выполненный с несколькими каналами, каждый из которых снабжен манометрами и электроклапанами и сообщен с одним из пластов скважины, пакеры, установленные снаружи хвостовика между пластами, электропогружной насос, входной модуль, электродвигатель, кожух с узлом герметичного вывода кабеля, окружающий электродвигатель и входной модуль, и наземный блок управления, функционально связанный с манометрами и электроклапанами [Пат. №2339795 РФ, Е21В 43/14, 2008].

Недостатком насосной установки является невысокая производительность, поскольку откачка жидкости производится единственным электропогружным насосом, который с помощью электроклапанов поочередно соединяется через каналы с одним из пластов при достижении в нем заданного забойного давления.

Известна насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине, разделенных пакером, содержащая колонну лифтовых труб, кабель, верхний винтовой насос с верхним приводом, заключенный в верхний кожух, который снабжен боковым входным каналом и сообщен сверху с лифтовой колонной, нижний электропогружной насос, выход которого оснащен дополнительным клапаном и сообщен с верхним кожухом, и электродвигатель, заключенный в нижний кожух, который снабжен узлом герметизации кабеля и сообщен с входом электропогружного насоса сверху и с подпакерным пространством через хвостовик снизу [Пат. №2368764 РФ, Е21В 43/14, 2008]. Известна также насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине, содержащая колонну лифтовых труб, сообщенную с верхним кожухом, в котором размещен штанговый насос с полой колонной штанг, прием которого посредством бокового канала сообщен с надпакерным пространством, и электропогружной насос с кабелем, заключенный в нижний кожух, сообщенный снизу с подпакерным пространством через хвостовик с пакером, оснащенный перепускным устройством выше пакера, причем выход электропогружного насоса сообщен с верхним кожухом [Пат. №2291953 РФ, Е21В 43/14, 2007]. Кроме того, известна насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине, содержащая колонну лифтовых труб, кабель, верхний штанговый насос, канал для приема и перекачки продукции штанговым насосом из верхнего пласта в колонну лифтовых труб, нижний электропогружной насос с входным модулем, электродвигателем, кабелем и кожухом, охватывающим электродвигатель и сообщенным с подпакерным пространством через хвостовик, охваченный пакером, узел герметизации кабеля во входном модуле, канал с обратным клапаном для соединения выхода электропогружного насоса с колонной лифтовых труб [Пат. №2339798 РФ, Е21В 43/14, 2008].

Недостатком описанных установок является то, что они не обеспечивают максимального извлечения продукции скважины, поскольку входящие в их состав винтовой или штанговый насосы, будучи размещенными в кожухе и имея ограниченные габариты, обладают низкой производительностью. Кроме того, в установках предусматривается кожух на нижнем электропогружном насосе, что усложняет проведение монтажных работ на скважине. И, наконец, в установках используется два привода, что удорожает их конструкцию.

Известна насосная установка для одновременно-раздельной добычи нефти из двух пластов скважины, содержащая колонну лифтовых труб и присоединенные к ней последовательно верхний насос с входным модулем, верхний вентильный электродвигатель, нижний вентильный электродвигатель, нижний насос с выходным модулем и обратным клапаном, расходометрический модуль с датчиками давления и температуры, хвостовик с пакером, располагаемым между двумя пластами [Пат. №2673894 РФ, Е21В 43/14, 2018].

Недостаток установки заключается в низкой производительности, поскольку нижний насос подает жидкость из подпакерного пространства не на поверхность, а в надпакерное пространство, выполняя по отношению к верхнему насосу, по сути, функцию подпорного насоса. При этом обсадная труба выше пакера оказывается под действием давления жидкости, равного давлению выкида нижнего насоса, что может вызвать ее разрушение в случае изношенности.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов скважины, содержащая колонну лифтовых труб, соединенные последовательно верхний и нижний насосные агрегаты, состоящие из электродвигателя, гидрозащиты, входного модуля и погружного насоса, и пакер, установленный между верхним и нижним пластами, при этом выход нижнего насосного агрегата сообщен с колонной лифтовых труб посредством трубчатых валов, которыми оснащены составляющие верхнего насосного агрегата [Пат. №2699502 РФ, Е21В 43/14, 2019].

Недостатком принятой за прототип насосной установки является сложность конструкции из-за использования в насосной установке большого количества составляющих, что снижает эффективность ее применения.

Настоящее изобретение направлено на снижение металлоемкости и уменьшение длины насосной установки для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, обеспечивающих упрощение ее монтажа на скважине.

Поставленная задача решается тем, что в насосной установке для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов скважины, содержащей колонну лифтовых труб, кабель, верхний электроцентробежный насос, верхний входной модуль с приемными отверстиями и присоединенный к нему нижний насосный агрегат, включающий расположенные сверху вниз нижний электроцентробежный насос, нижний входной модуль, гидрозащиту и электродвигатель, и пакер, согласно изобретению, на верхнем электроцентробежном насосе установлен с образованием верхнего кольцевого зазора кожух, в верхнем входном модуле дополнительно выполнены проточные каналы, пакер выполнен с центральным отверстием, в котором с образованием нижнего кольцевого зазора проходит вал, передающий вращение от нижнего электроцентробежного насоса через верхний входной модуль верхнему электроцентробежному насосу, при этом выход нижнего насосного агрегата сообщен с колонной лифтовых труб через верхний кольцевой зазор, проточные каналы и нижний кольцевой зазор.

В некоторых вариантах исполнения насосной установки над нижним насосным агрегатом установлен расходомер.

На фиг. показан общий вид погружной насосной установки для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов скважины.

Насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов скважины содержит колонну лифтовых труб 1, кабель 2, верхний электроцентробежный насос (ЭЦН) 3, верхний входной модуль 4 и нижний насосный агрегат 5. В состав последнего входят расположенные сверху вниз нижний ЭЦН 6, нижний входной модуль 7, гидрозащита 8 и маслонаполненный погружной электродвигатель (ПЭД) 9. На верхнем ЭЦН 3 установлен кожух 10 с образованием верхнего кольцевого зазора 11. Габарит кожуха 10 не превышает габарит нижнего ЭЦН 6. В верхнем входном модуле 4 выполнены приемные отверстия 12 и проточные каналы 13. Между верхним входным модулем 4 и нижним ЭЦН 6 установлен пакер 14, состоящий из полого сердечника 15 и охватывающего его уплотнительного элемента из набухающего эластомера 16. Сквозь полый сердечник 15 проходит вал 17, образующий с ним нижний кольцевой зазор 18. Вал 17 предназначен для передачи вращения от нижнего ЭЦН 6 через верхний входной модуль 4 верхнему ЭЦН 3. Пакер 14 разделяет верхний 19 и нижний 20 пласты. Приемные отверстия 12 сообщают верхний пласт 19 с верхним ЭЦН 3. Верхний кольцевой зазор 11, проточные каналы 13 и нижний кольцевой зазор 18 образуют гидравлическую линию, соединяющую выход нижнего ЭЦН 6 с колонной лифтовых труб 1. В пакер 14 вмонтирован расходомер 21 для учета добываемой продукции из нижнего пласта 20. В колонне лифтовых труб 1 установлен обратный клапан 22, предназначенный для предотвращения попадания механических примесей из колонны лифтовых труб при отключении насосной установки. Проточные каналы 13 верхнего входного модуля 4 оснащены обратными клапанами 23, исключающими перетекание продукции из верхнего пласта 19 в нижний пласт 20.

Насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов скважины работает следующим образом.

Сборка верхнего ЭЦН 3 с кожухом 10 выполняется в заводских условиях. Напорно-расходные характеристики верхнего ЭЦН 3 и нижнего ЭЦН 6 подбираются с учетом горно-геологических условий продуктивных пластов 19 и 20. Насосную установку в сборе спускают на колонне лифтовых труб 1 в скважину 24 на заданную глубину, при этом пакер 14 должен занимать положение между верхним 19 и нижним 20 пластами (фиг.). При взаимодействии с пластовой жидкостью уплотнительный элемент из набухающего эластомера 16 увеличивается в диаметре до контакта со стенкой скважины 24, в результате чего происходит разобщение пластов 19 и 20. При подаче электроэнергии по кабелю 2 приводится в действие ПЭД 9, который вращает нижний ЭЦН 6. Вращение от нижнего ЭЦН 6 через вал 17, проведенный в пакере 14, и через верхний входной модуль 4 передается верхнему ЭЦН 3. Жидкость из нижнего пласта 20 поступает через нижний входной модуль 7 в нижний ЭЦН 6 и, пройдя через нижний кольцевой зазор 18 в пакере 14, проточные каналы 13 в верхнем входном модуле 4, верхний кольцевой зазор 11 между кожухом 10 и верхним ЭЦН 3, попадает в колонну лифтовых труб 1. Одновременно жидкость из верхнего пласта 19 втекает в приемные отверстия 12 верхнего входного модуля 4, проходит через верхний ЭЦН 3 и оказывается в колонне лифтовых труб 1. В колонне лифтовых труб 1 жидкость из нижнего пласта 20 смешивается с жидкостью из верхнего пласта 19 и продукция обоих пластов поднимается на устье скважины (не показано). Объем добываемой жидкости из нижнего пласта 20 учитывается расходомером 21, а по измеряемому на устье скважины общему дебиту насосной установки рассчитывается дебит верхнего пласта 19. При остановке насосной остановки клапан 23 предотвращает переток жидкости из верхнего пласта 19 в нижний пласт 20.

Заявляемая насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов имеет уменьшенную длину по сравнению с прототипом, так как в ней используется только один электродвигатель, который служит приводом для двух ЭЦН. Благодаря этому снижается металлоемкость насосной установки и упрощается ее монтаж на скважине.