Результат интеллектуальной деятельности: Установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к скважинным насосным установкам.

Известна скважинная насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, содержащая колонну лифтовых труб, колонну штанг, пакер, хвостовик с каналами, штанговый насос с отверстиями в цилиндре и наружными каналами, сообщающими отверстия с дополнительными всасывающим и нагнетательным клапанами, плунжер и разделительный поршень (патент RU № 112263, МПК E21B 43/20, опубл. 10.01.2012 г., бюл. № 1).

Недостатком установки является большой поперечный габарит из-за расположенных сбоку дополнительных каналов и обводных каналов, что ограничивает её применение в скважинах с уменьшенным диаметром эксплуатационной колонны (ЭК).

Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемой является установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов с подъемом продукции одного из них по ЭК (патент РФ № 2578093, МПК E21B 43/14, опубл. 20.03.2016 г., бюл. № 8).

Установка содержит два пакера, штанговый насос с основным и дополнительным цилиндрами, разделительный поршень с дополнительным поршнем, дополнительные всасывающий и нагнетательные клапаны с обводными каналами, кожух, образующий с цилиндром кольцевой канал.

Преимуществом установки является возможность реализовать её в скважинах малого диаметра.

Недостатком конструкции является невозможность смешанного подъёма продукции пластов, когда нет необходимости в раздельном подъёме или их продукция не допускает подъёма по ЭК, а также сложность конструкции из-за наличия дополнительного пакера.

Техническими задачами, решаемыми установкой для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, являются упрощение конструкции и создание возможности подъёма продукции двух пластов со смешением по лифтовым трубам в скважинах с малым диаметром ЭК.

Указанные технические задачи решаются установкой для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, включающей колонну лифтовых труб, пакер, установленный между пластами, хвостовик с каналами, колонну штанг и штанговый насос, содержащий плунжер и цилиндр с основным отверстием в стенке, кожух, охватывающий цилиндр насоса и образующий кольцевой канал с ним, сообщенный с основным отверстием в стенке цилиндра, разделительный поршень, размещенный с возможностью ограниченного продольного перемещения вниз и вверх под воздействием плунжера, с дополнительным поршнем и каналом с дополнительным нагнетательным клапаном, дополнительный цилиндр, соосно соединённый с основным перемычкой с отверстием, и оснащённый в нижней части основным всасывающим клапаном, ниже отверстия для дополнительного всасывающего клапана в цилиндре, дополнительный всасывающий клапан, размещенный в хвостовике сообщенный выходом с кольцевым каналом, а входом – с каналом хвостовика, с одним из пластов, не сообщенным другим каналом с основным всасывающим клапаном, а полость плунжера сообщена с лифтовыми трубами.

Новым является то, что что кольцевой канал сообщен с цилиндром дополнительным отверстием в верхней части основного цилиндра на расстоянии от основного отверстия равном длине плунжера, кожух выполнен соответствующей длины, выход внутреннего канала разделительного поршня выполнен в нижней части основного поршня на расстоянии от его торца равном расстоянию от нижнего конца основного цилиндра до основного отверстия в нём, а отверстие в перемычке между цилиндрами также сообщено с кольцевым каналом.

На фиг. 1 показана установка в положении плунжера близком к нижней «мёртвой точке».

На фиг. 2 показана установка в момент среднего положения плунжера насоса.

На фиг. 3 показана установка в положении плунжера близком к верхней «мёртвой точке».

На фиг. 4 показана установка в момент среднего положения плунжера насоса с альтернативным сообщением каналов хвостовика и, соответственно, всасывающих клапанов с продуктивными пластами.

Сущность изобретения заключается в поочерёдном использовании одного и того же кольцевого канала для перекачки продукции двух пластов в условиях скважин малого диаметра и недостаточности поперечных габаритов для размещения пересекающихся каналов.

Установка (фиг. 1) содержит насос 1, спущенный на колонне лифтовых труб 2, хвостовик 3, пакер 4, разобщающий верхний 5 и нижний 6 продуктивные пласты и установленный в ЭК 7.

Насос 1 содержит основной цилиндр 8 с основным 9 и дополнительным 10 отверстиями, соединенный перемычкой 11 большего внутреннего диаметра с дополнительным цилиндром 12. Цилиндры 8 и 12 охвачены кожухом 13, образующим с ними кольцевой канал 14, с которым сообщено основное 9 и дополнительное 10 отверстия основного цилиндра 8, а также канал 15 перемычки 11. Снизу канал 14 сообщен каналом 16 хвостовика 3 через дополнительный всасывающий клапан 17 с нижним продуктивным пластом 6, находящимся под пакером 4, а дополнительный цилиндр 12 сообщен через основной всасывающий клапан 18 и канал 19 хвостовика 3 с верхним продуктивным пластом 5.

Внутри цилиндра 8 перемещается штангами 20 плунжер 21 с основным нагнетательным клапаном 22, взаимодействующий нижним торцом 23 с верхним торцом 24 основного разделительного поршня 25, оснащенного дополнительным поршнем 26, перемещающимся в дополнительном цилиндре 12. Внутри разделительных поршней 25 и 26 проходит канал 27 с дополнительным нагнетательным клапаном 28 и боковым выходом 29 у нижнего конца основного поршня 25, оснащенного ограничителем хода 30, взаимодействующим с нижним торцом 31 основного цилиндра 8.

Работает установка следующим образом.

При движении вверх плунжера 21 (фиг. 1), приводимого штангами 20, основной 22 и дополнительный 28 нагнетательные клапаны закрыты, жидкость над плунжером 21 вытесняется им вверх по лифтовым трубам 2, а под плунжером 21 образуется разрежение, которое увлекает за ним разделительные поршни 25 и 26, создавая разрежение под поршнем 26. Основной всасывающий клапан 18 открывается и в полость дополнительного цилиндра 12 по каналу 19 хвостовика 3 поступает через полость ЭК 7 продукция верхнего пласта 5.

При достижении нижним торцом 23 плунжера 21 основного отверстия 9 цилиндра 8, боковой выход 29 (фиг. 2) канала 27 разделительного поршня 25 входит внутрь цилиндра 8 и им закрывается, прекращая движение жидкости через канал 27. Ограничитель хода 30 упирается в нижний торец 31 основного цилиндра 8, останавливая верхний торец 24 разделительного поршня 25 на уровне основного отверстия 9, оставляя его открытым, а верхний торец плунжера 21 перекрывает дополнительное отверстие 10, прекращая сообщение кольцевого канала 14 с надплунжерным пространством и полостью лифтовых труб 2. Разрежение, создаваемое движущимся вверх плунжером 21, передается через отверстие 9, кольцевой канал 14, канал 16 хвостовика 3, открывает дополнительный всасывающий клапан 17 и производит всасывание продукции нижнего пласта 6 через подпакерное пространство ЭК 7.

Двигаясь вверх плунжер 21 может пройти выше дополнительного отверстия 10 или не достичь его своим нижним торцом 23 в зависимости от длины хода и распределения его между пластами, на работу установки это не влияет.

После достижения плунжером верхней «мертвой точки» (фиг. 3) плунжер 21 меняет направление движения и движется вниз. При этом основной нагнетательный клапан 22 открывается, а дополнительный всасывающий клапан 17 закрывается, продукция нижнего пласта 6 перетекает в надплунжерное пространство.

При достижении нижним торцом 23 плунжера 21 верхнего торца 24 разделительного поршня 25, он перемещает его вниз при этом выход 29 канала 27 и дополнительное отверстие 10 открываются, а основной всасывающий клапан 18 закрывается. Продукция верхнего пласта 5 через открывшийся дополнительный нагнетательный клапан 18, канал 27, кольцевой канал 14, дополнительное отверстие 10 в цилиндре 8 перетекает в надплунжерное пространство. При этом плунжер 21 может опускаться (фиг. 1) ниже основного отверстия 9, не влияя на работу установки, т.к. дополнительный всасывающий клапан 17 закрыт перепадом давлений.

При достижении плунжером 21 нижней «мертвой точки» направление его движения меняется и цикл повторяется.

Величина забойных давлений выше и ниже пакера и их соотношение на работу установки не влияет, но по конструктивным особенностям добывные возможности нижней и верхней частей насоса 1 (ниже и выше основного отверстия 9 в цилиндре 8) могут различаться. Установка позволяет изменить подключение пластов к всасывающим клапанам (фиг. 4), т.е. основной всасывающий клапан 18 с нижней частью насоса 1 подключить к нижнему пласту 6, а дополнительный всасывающий клапан 17 – к верхнему 5. На работу установки это не влияет.

Поднимая или опуская штанговую подвеску с плунжером, можно регулировать соотношения отборов продукции пластов, а изменением длины хода и частоты качаний общего дебита пластов.

Благодаря предложенному расположению отверстий в цилиндре и выхода канала в разделительном поршне удалось использовать один и тот же кольцевой канал для перекачки продукции и верхнего и нижнего пластов, смешивая их потом в цилиндре насоса и лифтовых трубах.

Предлагаемая установка позволяет, не увеличивая поперечных габаритов, производить добычу из двух пластов со смешением продукции пластов и использовать ее в скважинах с малым диаметром ЭК.