RU2274737C1 - Система закачки воды в нагнетательную скважину для поддержания пластового давления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области нефтедобычи в системе поддержания пластового давления. Обеспечивает повышение эффективности работы нагнетательных скважин со слабопроницаемыми коллекторами, малыми объемами закачки за счет обеспечения регулируемости режимов закачки вплоть до малых объектов без смены насосного оборудования при одновременном уменьшении его износа и повышение надежности работы всего оборудования. Сущность изобретения: система содержит нагнетательную скважину. Вне ее размещены с возможностью взаимодействия привод и насос. Всасывающая часть насоса связана с трубопроводом низкого давления. Выкид насоса через трубопровод высокого давления связан с нагнетательной скважиной. Согласно изобретению в качестве привода система содержит установленный на раме станок-качалку с подвеской. В качестве насоса принят поршневой насос. Он жестко соединен с рамой станка-качалки и размещен горизонтально или наклонно, и содержит цилиндр и плунжер с полированным штоком. При этом система дополнительно снабжена направляющим блоком с гибкими связями. Они выполнены с двумя, по меньшей мере, желобками. Один из них предназначен для наматывания-разматывания одной гибкой связи, а другой - для разматывания-наматывания другой гибкой связи. При этом гибкие связи являются раздельными, ориентированы под углом друг к другу. Одним концом они жестко зафиксированы на направляющем блоке, а другим, соответственно, - на подвеске станка-качалки и полированном штоке. 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к системам, предназначенным для закачки воды в нагнетательную скважину, преимущественно, с малыми или ограниченными объемами закачки, со слабопроницаемыми коллекторами, и может быть использовано для организации выборочного очагового заводнения.

С увеличением периода нефтедобычи на старых месторождениях растет доля скважин с малым дебитом добычи. Кроме того, растет число месторождений со скважинами с малыми начальными дебитами. Исходя из этого, изменяются и требования к системе поддержания пластового давления (ППД) для указанных месторождений, скважин. Эта ситуация поставила задачу использования при ППД менее производительного оборудования (индивидуальная закачка в пределах 3-10-150-200 м³/сутки) с различным необходимым рабочим давлением (10-30 и более Мпа), причем способного к регулированию режимов закачки в широких диапазонах без смены оборудования и без ремонта скважин. В настоящее время отсутствует простое оборудование с такими возможностями. На существующих кустовых насосных станциях (КНС) подключенные нагнетательные скважины имеют различную приемистость (от 15 до 1000 м³/сут) и различное необходимое рабочее давление (10-25 Мпа). Нагнетательные скважины со слабопроницаемыми коллекторами, как правило, не участвуют в процессе разработки, а с другой стороны очень сложно регулировать ограниченные объемы закачки в скважины с повышенной приемистостью, а именно сложно закачивать более малые объемы. В результате закачка воды в систему ППД проводится не самым оптимальным образом. Поэтому задачей изобретения является повышение эффективности разработки выравниванием фронта вытеснения и вовлечение в разработку слабопроницаемых коллекторов, скважин с малыми объемами закачки, обеспечением высоких темпов отбора и высоких коэффициентов нефтеотдачи.

Известна установка для закачки жидкости в пласт, содержащая нагнетательную скважину, привод, представляющий собой электродвигатель, установленный над устьем скважины, соединенный с ним вертикальный погружной насос, входное отверстие которого сообщено с водоводом, а выходное - с полостью насосно-компрессорных труб (НКТ), при этом нижняя часть НКТ перфорирована, уперта на забой, проходит с возможностью скольжения сквозь пакер, установленный в скважине, и имеет в верхней части разъемное подвижное соединение типа плунжер-цилиндр (Патент РФ №2163661, кл. Е 21 В 43/20, от 1999 г.).

Теоретически данная установка для закачки жидкости в пласт является принципиально работоспособной. Но данная установка имеет следующие конструктивные недостатки:

1. По данному указанному изобретению предлагается закачивать воду под давлением до 25 Мпа. Если принять, что расположенное в верхней части разъемное раздвижное соединение типа плунжер-цилиндр состоит из насосной штанговой пары (типа вставного насоса НВ 2Б-57-3-25) с диаметром плунжера 57 мм, то на погружной насос при давлении закачки в 25 Мпа будет действовать выталкивающая сила 6,4 тонны. При весе оборудования в скважине от устья скважины до компенсатора не более 1 тонны выталкивающая сила на устье скважины будет составлять порядка 5,5 тонн, что повышает возможность разгерметизации устья скважины.

2. Кроме того, выталкивающая сила плунжера из цилиндра в известной установке будет также действовать и вниз на спущенные НКТ.

При дополнительной нагрузке в 6,4 тонн на НКТ последние могут дополнительно сдвинуться вниз за счет дополнительных изгибов в эксплуатационной колонне и упругой деформации и плунжер может выйти из цилиндра, и может произойти разгерметизация данного узла.

3. Будут пропуски в парах плунжер-цилиндр под насосом и в пакере, что через некоторое время приведет к заполнению и переливу из скважины воды, которую необходимо утилизировать.

4. Наличие выталкивающей силы, которая составляет несколько тонн, приводит к некоторой деформации и поперечному изгибу насоса и, как следствие, к усиленной вибрации и быстрому выходу из строя насоса.

5. Сложность и высокая стоимость извлечения пакера из скважины и повторный запуск под закачку скважины. Для извлечения пакера требуется:

а) извлечь насос из скважины;

b) спустить ловильное устройство и извлечь колонну НКТ;

с) спустить ловильное устройство и извлечь пакер.

6. В настоящее время в Российской Федерации нет отработанных технологий, которые предполагают оставлять пакер на забое, т.к. это достаточно сложное и опасное мероприятие.

7. Кроме того, давление закачки и производительность насоса обычно выбирают заранее, исходя из характеристик пласта в конкретной скважине. В случае неправильного подбора или изменения приемистости скважины, или необходимости закачки других объемов воды необходимо проводить смену насоса, что требует дополнительных материальных затрат на ремонт.

Все эти недостатки делают работу известной установки не эффективной.

Также известна насосная установка для закачки воды в нагнетательную скважину со слабопроницаемыми коллекторами, для организации и выборочного очагового заводнения, включающая нагнетательную скважину, в которой установлен пакер с колонной НКТ и в верхней части под перфорированным патрубком размещена насосная установка, состоящая из компенсатора, погружного электродвигателя с кабелем, который через протектор соединен с секционным насосом, ниже расположен компенсатор вертикальных нагрузок (Патент РФ №2132455, кл. Е 21 В 43/00, от 1997 г.).

Однако указанная известная установка характеризуется следующими недостатками:

- сложно регулировать изменение объемов и давлений закачки воды насосом без подъема и смены оборудования, так как производительность центробежных насосов нельзя регулировать в широких диапазонах;

- наличие насосной установки в скважине уменьшает вероятность безотказной работы оборудования по сравнению с существующим оборудованием нагнетательных скважин, когда спущена только колонна НКТ и пакер;

- сложности с установкой пакера и его извлечением;

- длительный ремонт, связанный с установкой пакера и пуском скважины в работу, а также в случае необходимости со сменой пакера;

- наличие выталкивающей силы, которая составляет несколько тонн, приводит к некоторой деформации и поперечному изгибу указанной известной установки и как следствие к усиленной вибрации и быстрому выходу из строя насоса.

- наличие выталкивающей силы приводит к выталкиванию плунжера из цилиндра, в результате чего возможен его выход и разгерметизация колонны НКТ;

- вероятность быстрого нарушения герметичности компенсатора вертикальных нагрузок и пропусков воды в затрубное пространство и как следствие разгерметизация скважины.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является система закачки воды в скважину для поддержания пластового давления, включающая нагнетательную скважину, размещенные вне нагнетательной скважины в отдельно пробуренном шурфе привод и электроцентробежный насос, всасывающая часть которого связана с трубопроводом низкого давления, а выкид через трубопровод высокого давления - с нагнетательной скважиной (Патент РФ №2079640, кл. Е 21 В 43/20, от 1991 г.).

Недостатком указанной известной системы является обязательное наличие сложного комплекса нефтепромысловых объектов, в частности шурфа с подключенной арматурой. Кроме того, известная система не обеспечивает возможность регулирования режимов закачки в широких пределах без замены насосного оборудования.

Вместе с этим, расположение оборудования в шурфе (а значит - в воде) по сравнению с поверхностными условиями работы оборудования насосных установок на КНС ведет к более быстрому выходу этого оборудования из строя и более дорогим работам по подъему-спуску его в шурф. Все это приводит к снижению эффективности работы известной системы.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности работы для нагнетательных скважин со слабопроницаемыми коллекторами, с необходимыми малыми объемами закачки за счет обеспечения регулируемости режимов закачки вплоть до малых объектов без смены насосного оборудования при одновременном уменьшении его износа и повышении надежности работы всего оборудования.

Указанный технический результат достигается предлагаемой системой закачки воды в нагнетательную скважину для поддержания пластового давления, включающей нагнетательную скважину, размещенные вне нагнетательной скважины с возможностью взаимодействия привод и насос, всасывающая часть которого связана с трубопроводом низкого давления, а выкид через трубопровод высокого давления - с нагнетательной скважиной, при этом новым является то, что в качестве привода система содержит установленный на раме станок-качалку с подвеской, в качестве насоса - поршневой насос, жестко соединенный с рамой станка-качалки и размещенный горизонтально или наклонно, содержащий цилиндр и плунжер с полированным штоком, при этом система дополнительно снабжена направляющим блоком, причем подвеска станка-качалки и полированный шток соединены между собой через направляющий блок гибкими связями

В качестве поршневого насоса система содержит одноцилиндровый насос или многоцилиндровый насос.

Полированный шток одноцилиндрового поршневого насоса снабжен узлом для возвращения плунжера насоса в исходное положение, и в качестве узла для возвращения плунжера насоса в исходное положение можно использовать систему упругих элементов.

Одноцилиндровый поршневой насос снабжен всасывающим и нагнетательным клапанами.

Направляющий блок системы выполнен с возможностью наматывания и разматывания на него гибких связей.

На наружной поверхности направляющего блока выполнены по меньшей мере два желобка, один из которых предназначен для наматывания-разматывания одной гибкой связи, а другой - для разматывания-наматывания другой гибкой связи, при этом длина наматываемых и разматываемых гибких связей на направляющий блок составляет как менее, так и более одной длины его окружности.

Гибкие связи одним концом жестко зафиксированы на направляющем блоке, а другим соответственно одна гибкая связь соединена с подвеской станка-качалки, а другая - с полированным штоком.

Гибкие связи, соединяющие с направляющим блоком подвеску станка-качалки и полированный шток, являются раздельными и ориентированы под углом друг к другу.

Направляющий блок жестко соединен с рамой станка-качалки или со станком-качалкой и в преимущественном варианте выполнения имеет длину окружности не менее максимальной длины хода станка-качалки.

Направляющий блок может быть выполнен в виде цельной или составной детали, которая в свою очередь может быть выполнена круглой формы и/или равномерной или неравномерной эллипсоидной формы.

Система дополнительно снабжена фильтром очистки воды, установленным между всасывающей частью насоса и трубопроводом низкого давления.

При размещении поршневого насоса наклонно его выкид располагается выше уровня всасывающей части для исключения скапливания свободного газа в выкиде насоса, для обеспечения максимального коэффициента наполнения насоса и обеспечения более легкого и надежного возврата плунжера насоса в исходное положение на прием насоса.

При этом выкид насоса снабжен двойным сальниковым устройством.

Двойное сальниковое устройство состоит из внутреннего сальника, который работает на перепаде давлений больше, чем давление закачки воды в пласт и предотвращает утечки с выкида насоса в промежуточную полость сальникового устройства вдоль движущегося работающего полированного штока, из полости между сальниками с отводящей линией для отвода просочившейся воды в водовод низкого давления и далее на прием насоса, и внешнего сальника, который работает на перепаде давлений больше, чем давление в водоводе низкого давления и предотвращает возможности утечек жидкости из полости в атмосферу вдоль движущегося полированного штока.

На трубопроводе высокого давления дополнительно размещены воздушный нагнетательный компенсатор и обратный клапан.

В многоцилиндровом дифференциальном насосе плунжер состоит из двух плунжеров разного диаметра, внутренние полости которых гидравлически соединены между собой.

Для создания возвращающей силы плунжера в исходное положение в многоцилиндровом насосе диаметр плунжера на выкиде насоса больше диаметра плунжера на приеме насоса.

Полость насоса между плунжерами соединена гидравлически с водоводом низкого давления и затем с приемом насоса для создания возвращающей силы для возвращения плунжера в исходное положение.

При использовании в качестве поршневого насоса многоцилиндрового дифференциального насоса на трубопроводе высокого давления между воздушным нагнетательным компенсатором и обратным клапаном дополнительно размещено автоматическое запорное устройство.

Для предотвращения выхода из строя насосного оборудования и трубопроводов из-за замерзания воды в холодное время года предлагаемая система может быть дополнительно снабжена узлом обогрева насоса и трубопроводов, связанных с ним.

Достижение поставленного технического результата обеспечивается за счет следующего.

Благодаря использованию в качестве привода станка-качалки обеспечивается увеличение длины хода плунжера до 3-6 метров против обычных насосов с длиной хода плунжера не более 10-15 см и уменьшение числа двойных ходов поршня до 3-15 в минуту против обычных 300-500 двойных ходов в минуту, что резко уменьшает абразивный износ деталей насоса, а следовательно, кратно увеличивается надежность работы насосной пары (цилиндр - плунжер). Также увеличение длины хода плунжера против обычных насосов уменьшает относительный объем вредного пространства (объем который может заполнять газ) и увеличивает подачу насоса.

Кроме того, применение серийно выпускаемого оборудования для добычи нефти по новому направлению повышает стандартизацию и общую надежность работы оборудования, удешевляет затраты на производство и текущее обслуживание. Кроме того, поршневой насос (одноцилиндровый или многоцилиндровый) при данной схеме оборудования является достаточно простым, надежным, дешевым и легко заменяемый по сравнению со стандартными насосами.

Использование тихоходного стандартного поршневого насоса (типа скважинных насосов исполнения НВ2Б с параметрами подачи 3-220-330 м³/сут) обусловлено более высоким КПД по сравнению с центробежными насосами: КПД поршневого насоса =0,99-1,00 против 0,3-0,5 у центробежного для рассматриваемых дебитов, что в 2-3 раза снижает потребляемую электроэнергию. Кроме того, стоимость предлагаемого поршневого насоса кратно меньше стоимости применяемых в системе закачки воды центробежных насосов.

Расположение насоса под станком-качалкой (под рамой) дает жесткое компактное расположение оборудования. Благодаря тому, что горизонтальный поршневой насос жестко закреплен на раме станка-качалки, обеспечивается компактное расположение всего оборудования и образуется жесткая единая система элементов, которая позволяет создать надежную насосную систему, гарантированно работающую и центрируемую.

Благодаря некоторому более высокому расположению выкида насоса по сравнению с всасывающей частью при наклонном размещении насоса, свободный газ, который может быть принесен водой, не накапливается в выкидной части насоса, а постоянно откачивается насосом и, как следствие, автоматически поддерживается максимально высокий коэффициент подачи насоса, а также уменьшаются усилия, необходимые для возвращения плунжера насоса в исходное положение при ходе назад к всасывающей части (приему) насоса.

Соединение подвески (она может быть канатной) станка-качалки и штока плунжера поршневого насоса независимыми раздельными автономными гибкими связями с направляющим блоком, которые одним концом жестко закреплены на указанном направляющем блоке, обеспечивает достаточно длительную надежность работы этих гибких связей во времени.

Введение в конструкцию предлагаемой системы воздушного нагнетательного компенсатора на выкидной линии насоса, в частности на трубопроводе высокого давления, способствует снижению колебаний давления в выкидной линии по сравнению с работой насоса без воздушного компенсатора и повышает надежность работы всего оборудования.

Снабжение выкида насоса двойным сальниковым устройством, состоящим из внутреннего сальника, работающего на перепаде давлений больше, чем давление закачки воды в пласт (в 10-35 и более МПа), промежуточной полости для скапливания утечек закачиваемой воды с линией для отвода просочившейся воды на прием насоса и внешнего сальника, работающего на перепаде давлений больше, чем давление в водоводе низкого давления, так, чтобы закачиваемая вода с выкида насоса уходила в трубопровод высокого давления и далее в нагнетательную скважину, а просочившаяся в промежуточную полость сальникового устройства вода по отводной линии уходила в трубопровод низкого давления и далее на прием насоса, при этом внутренний сальник предотвращает возможность утечек воды вдоль движущегося полированного штока с выкида насоса в промежуточную полость, а внешний сальник предотвращает возможность утечек воды вдоль движущегося полированного штока из промежуточной полости в атмосферу, что в целом позволяет создать работоспособное сальниковое устройство, способное работать длительное время.

Введение в конструкцию предлагаемой системы узла для возвращения плунжера одноцилиндрового поршневого насоса в исходное положение сообщает всей системе возможность устойчиво функционировать.

Введение в конструкцию предлагаемой системы обратного клапана на выкидной линии насоса сообщает устройству безопасность работ при нарушении герметичности оборудования до обратного клапана.

Направляющий блок может быть выполнен в виде цельной детали, которая в свою очередь может быть выполнена круглой формы или эллипсоидной формы (для изменения скорости движения плунжера при закачке воды и при его возврате в исходное положение, при изменении неравномерности движения плунжера и, как следствие, для снижения нагрузок и их неравномерности на подвеску станка-качалки), в том числе дуги эллипсов могут быть разной формы (т.е. равномерной или неравномерной эллипсоидной формы).

Кроме того, направляющий блок может быть выполнен в виде составной детали, имеющей круглую и/или эллипсоидную форму (например, для одной гибкой связи круглая часть направляющего блока, для другой эллипсоидная). Также направляющий блок может быть сменным.

Для предотвращения выхода из строя насосного оборудования и трубопроводов из-за замерзания воды в холодное время года система дополнительно снабжена узлом обогрева насоса и трубопроводов. Также можно предусмотреть автоматический слив воды из насосного оборудования при пониженной температуре.

Предлагаемая система закачки воды в скважину для ППД приведена в виде общей схемы на фиг.1 для одноцилиндрового насоса и разрез А-А на фиг.2. и в виде общей схемы на фиг.3 для многоцилиндрового дифференциального насоса и разрез А-А на фиг.4.

Предлагаемая система содержит нагнетательную скважину 1. Вне нагнетательной скважины 1 размещен станок-качалка 2, установленный на раме 3. Под рамой 3 горизонтально или с более верхним расположением выкида насоса жестко закреплен поршневой насос 4 (например, типа скважинных одноцилиндровых насосов исполнения НВ2Б со следующими параметрами: подача 3-220-330 м³/сут; давление на выходе до 25-35 МПа; мощность электродвигателя станка-качалки до 100 кВТ), содержащий цилиндр 5 с всасывающим клапаном 6, плунжер 7 с нагнетательным клапаном 8 и полированным штоком 9. Всасывающая часть 10 насоса 4 соединена с трубопроводом 11 низкого давления, а выкид (выкидная часть) 12 насоса 4 связан, в свою очередь, через трубопровод 13 высокого давления, воздушный нагнетательный компенсатор 14 и обратный клапан 15 с нагнетательной скважиной 1. На выкиде 12 насоса 4 для его герметизации установлено сальниковое устройство 16, состоящее из внутреннего сальника 17 для предотвращения утечек из выкидной части 12 насоса 4 в полость 18 сальника 16, полости 18 для скапливания утечек воды с выкида насоса с отводной линией 19 для отвода утечек воды из полости 18 в водовод низкого давления 11 и далее на прием насоса 10 и внешнего сальника 20 для предотвращения утечек воды из полости 18 в атмосферу. Станок-качалка 2 снабжен сдвоенной канатной подвеской 21, которая через подвеску 22 (типа подвески устьевого штока) связана гибкой связью 23 (например, тросом, канатом) с направляющим блоком 24 и жестко закреплена на нем одним концом в фиксаторе 25. Полированный шток 9 через зажим типа зажима полированного штока 26 также соединен спаренной гибкой двойной связью 27 с направляющим блоком 24. Одни концы гибкой связи 27 также жестко закреплены на направляющем блоке 24 в фиксаторах 28. При этом направляющий блок 24, имеющий длину окружности, преимущественно, не менее максимальной длины хода станка-качалки, выполнен с возможностью наматывания на него и разматывания с него указанных гибких связей 23 и 27, преимущественно, на длину не более одного оборота с целью исключения истирания этих гибких связей. В преимущественном варианте выполнения на наружной поверхности направляющего блока 24 выполнены три желобка, средний из которых предназначен для наматывания-разматывания одной гибкой связи, например гибкой связи 23, а два боковых - для наматывания-разматывания другой гибкой связи, например гибкой связи 27, и в рабочем и в нерабочем состояниях системы гибкая связь 23 является частично намотанной - частично размотанной на блоке 24, а гибкая связь 27 частично размотанной - частично намотанной. Полированный шток 9 плунжера 7 снабжен узлом 29 для возвращения плунжера 7 в исходное положение, например упругими элементами типа резины или пружинами, закрепленными с одной стороны на зажиме 26 полированного штока 9 и с другой стороны на корпусе насоса 4 или на раме 3 станка-качалки 2. Возвращению в исходное положение плунжера 7 также способствует некоторое более низкое положение всасывающей части 10 насоса 4 относительно выкидной части 12.

Предлагаемая система с одноцилиндровым поршневым насосом работает следующим образом.

При ходе головки балансира 30 станка-качалки 2 вверх происходит разматывание гибкой связи 23 с направляющего блока 24 с одновременным наматыванием на него гибкой связи 27 и передачей движения на плунжер 7 насоса 4 через полированный шток 9, связанный гибкой связью 27 с направляющим блоком 24. При этом также растягиваются упругие элементы узла 29 для возвращения плунжера 7 в исходное положение. В результате передвижения плунжера 7 насоса 4 закрывается нагнетательный клапан 8 и вода из цилиндра 5 над плунжером 7 насоса 4 с выкидной части 12 насоса 4 поступает в трубопровод 13 высокого давления и затем через компенсатор давлений 14 и обратный клапан 15 в нагнетательную скважину 1. При этом открывается всасывающий клапан 6 и вода из водовода низкого давления поступает в цилиндр 5 под плунжер 7 насоса 4. При ходе головки балансира 30 станка-качалки 2 вниз с помощью упругих элементов узла 29 через полированный шток 9 плунжер 7 насоса 4 возвращается в исходное положение. При этом открывается нагнетательный клапан 8 плунжера 7 и закрывается всасывающий клапан 6 и вода, ранее поступившая из водовода низкого давления под плунжер 7 насоса 4, перетекает через плунжер 7 в выкидную часть 12 насоса 4 и становится готовой для закачки в пласт. При этом при ходе полированного штока 9 в исходное положение происходит разматывание гибкой связи 27 на направляющем блоке 24 и одновременно наматывание гибкой связи 23 на направляющий блок 24. И далее цикл закачки воды в нагнетательную скважину 1 повторяется. Учитывая, что в предлагаемой системе с помощью изменения положения шатуна 31 станка-качалки 2 на кривошипе 32 можно варьировать в среднем в 2-2,5 раза длину хода головки балансира 30 хода станка-качалки 2, а следовательно, и насоса 4, а с помощью клиноременной передачи 33 можно изменять до 3 раз в минуту число двойных качаний головки балансира 30, а следовательно, и число двойных ходов насоса 4. В итоге можно в 6-8 раз изменять производительность насоса без его замены, благодаря чему можно обеспечивать разные режимы и производительность закачки без замены насосного оборудования и без перемещения всей системы. В случае замены насоса на другую производительность, что можно сделать в течение нескольких часов без привлечения значительных сил, а также без глушения и ремонта нагнетательной скважины, диапазон производительности предлагаемой системы закачки воды можно еще более расширить.

В результате использования предлагаемой системы можно производно варьировать объем закачки от 3-20 м³/сут до 20-220 м³/сут и выше при давлениях закачки от 35 МПа и менее для разных типоразмеров насосов и типоразмеров станков-качалок.

Предлагаемая система закачки воды в скважину для ППД с помощью многоцилиндрового дифференциального насоса имеет свои особенности. Указанный насос 34 (фиг.3 и фиг.4) горизонтально или с более верхним расположением выкида жестко закреплен на раме 3 станка-качалки 2. В качестве такого насоса 34 может быть использован насос типа скважинных насосов исполнения 1-СП-57/45 со следующими параметрами: подача 3-220-330 м³/сут; давление на выходе до 25-35 МПа; мощность электродвигателя станка-качалки до 100 кВТ, содержащий цилиндр 35 на приеме насоса 34 с всасывающим клапаном 6, цилиндр 36 на выкиде насоса 34 и имеющий диаметр больше, чем цилиндр 35 на приеме насоса 34. Цилиндры 35 и 36 соединены переводником 37. В цилиндре 35 насоса 34 перемещается нагнетательный плунжер 38 с нагнетательным клапаном 39. В цилиндре 36 насоса 34 перемещается возвратный плунжер 40 без клапана и с полированным штоком 41. Плунжер 40 имеет диаметр больше, чем диаметр у плунжера 38. Внутренние полости плунжеров 40 и 38 гидравлически связаны между собой с помощью трубы 42 и образуют подвижный дифференциальный плунжер 43 в виде системы плунжеров. Полость 44 между цилиндрами 35 и 36 для поддержания в ней давления, равного давлению в водоводе 11 низкого давления, гидравлически связана по отводной трубке 45 с отводной линией 19 и далее с водоводом 11 низкого давления и всасывающей частью 10 насоса 34. Станок-качалка 2 снабжен сдвоенной канатной подвеской 21, которая через подвеску 22 (типа подвески устьевого штока) связана гибкой связью 23 (например, тросом, канатом) с направляющим блоком 24 и жестко закреплена на нем одним концом в фиксаторе 25. Полированный шток 41 дифференциального насоса 34 через зажим типа зажима полированного штока 26 также соединен спаренной гибкой двойной связью 27 с направляющим блоком 24. Одни концы гибкой связи 27 также жестко закреплены на направляющем блоке 24 в фиксаторах 28. При этом направляющий блок 24, имеющий длину окружности не менее максимальной длины хода станка-качалки, выполнен с возможностью наматывания на него и разматывания с него указанных гибких связей 23 и 27, преимущественно, на длину не более одного оборота с целью исключения истирания этих гибких связей. Для возвращения подвижного дифференциального плунжера 43 дифференциального насоса 34 в исходное положение на плунжер 40 действует гидравлическое усилие F, равное произведению перепада давлений на выкиде и приеме насоса на разницу площадей возвратного 40 и нагнетательного 38 плунжеров. Возвращению в исходное положение дифференциального плунжера 43 также способствует некоторое более низкое положение всасывающей части 10 насоса 34 относительно выкидной части 12. Кроме того, для надежного возврата в исходное положение дифференциального плунжера 43 на водоводе 13 высокого давления между компенсатором давления 14 и обратным клапаном 15 дополнительно устанавливается автоматическое запорное устройство (задвижка) 46, которое автоматически открывается при определенном давлении, например при давлении, равном 0,5 давления закачки воды, в нефтепроводе 13 высокого давления до автоматического запорного устройства 46. Запорное устройство 46 (совместно с компенсатором давлений 14) необходимо для поддержания достаточного давления на выкиде дифференциального насоса 34 для гарантированного возврата дифференциального плунжера в исходное положение. При этом необходимо, чтобы компенсатор давлений 14 кроме снижения пульсации давления также имел достаточный объем сжатого газа и воды для надежного возврата подвижного дифференциального плунжера 43 в исходное положение.

Предлагаемая система с дифференциальным многоцилиндровым насосом 34 работает следующим образом.

При ходе головки балансира 30 станка-качалки 2 вверх происходит разматывание гибкой связи 23 с направляющего блока 24 с одновременным наматыванием на него гибкой связи 27 и передачей движения на подвижный дифференциальный плунжер 43 насоса 34 через полированный шток 41, связанный гибкой связью 27 с направляющим блоком 24. При этом также для возвращения дифференциального плунжера 43 в исходное положение возникает гидравлическая сила F, равная произведению перепада давлений на выкиде и приеме насоса на разницу площадей плунжеров 40 и 38. В результате передвижения дифференциального плунжера 43 насоса 4 закрывается нагнетательный клапан 39 и вода из цилиндра 36 насоса 34 с выкидной части 12 насоса 34 поступает в трубопровод 13 высокого давления и затем через компенсатор давлений 14, автоматически работающее запорное устройство 46 и обратный клапан 15 - в нагнетательную скважину 1. При этом открывается всасывающий клапан 6 и вода из водовода низкого давления поступает в цилиндр 35 насоса 34. При ходе головки балансира 30 станка-качалки 2 вниз действующая гидравлическая сила в полости 44 между цилиндрами возвращает дифференциальный плунжер 43 в исходное положение на прием насоса 34. При этом открывается нагнетательный клапан 39 плунжера 40, закрывается всасывающий клапан 6 и вода из приемного цилиндра 35 перетекает через дифференциальный плунжер 43 в выкидной цилиндр 36 (в выкидную часть 12) насоса 34 и становится готовой для закачки в пласт. При этом при ходе полированного штока 41 в исходное положение происходит разматывание гибкой связи 27 на направляющем блоке 24 и одновременно наматывание гибкой связи 23 на направляющий блок 24. И далее цикл закачки воды в нагнетательную скважину 1 повторяется.

Конструктивные узлы предлагаемой системы являются традиционными, имеющимися на нефтедобывающих предприятиях и предприятиях нефтяного машиностроения. Их объединение в одну систему требует минимальных затрат. Применение данного изобретения для закачки воды в системе ППД позволяет решить проблему индивидуального подхода к каждой конкретной нагнетательной скважине в зависимости от ее приемистости, что бывает крайне необходимо при грамотной рациональной эксплуатации месторождений.

Кроме того, данная система закачки позволит вовлекать в эксплуатацию и увеличивать коэффициент нефтеотдачи и темпы отбора нефти малопродуктивных, с ограниченными условиями закачки горизонты и небольшие месторождения, где в настоящее время экономически невыгодно применение развернутой системы закачки воды для поддержания пластового давления.

Кроме того, предлагаемая система позволяет снизить капитальные вложения и эксплуатационные затраты при осуществлении ППД, дает максимально высокий коэффициент полезного действия оборудования, т.к. не требуется дорогостоящее обустройство нагнетательной скважины, применяется в основном стандартное оборудование, изменение производительности насоса осуществляется без дополнительных ресурсов, замена насосов и их переустановка в зависимости от их производительности может проводиться без ремонтов и практически без остановок нагнетательных скважин, т.е. такая замена производится малыми силами с малыми затратами.

Кроме того, предлагаемая система позволяет на основе существующих типоразмерных рядов поршневых насосов (типа скважинных насосов исполнения НВ2Б) и типоразмерных рядов станков-качалок при минимальных затратах разработать и создать принципиально новый типоразмерный ряд насосных установок для закачки воды в нагнетательные скважины для поддержания пластового давления. А применение дифференциальных (многоцилиндровых) насосов (типа штанговых насосов 1-СП-57/45) позволяет повысить надежность работы всей системы по закачке воды в пласт.

Claims (21)

1. Система закачки воды в нагнетательную скважину для поддержания пластового давления, включающая нагнетательную скважину, размещенные вне нагнетательной скважины с возможностью взаимодействия привод и насос, всасывающая часть которого связана с трубопроводом низкого давления, а выкид - через трубопровод высокого давления с нагнетательной скважиной, отличающаяся тем, что в качестве привода система содержит установленный на раме станок-качалку с подвеской, в качестве насоса - поршневой насос, жестко соединенный с рамой станка-качалки, размещенный горизонтально или наклонно и содержащий цилиндр и плунжер с полированным штоком, при этом система дополнительно снабжена направляющим блоком с гибкими связями, выполненными с двумя, по меньшей мере, желобками, один из которых предназначен для наматывания-разматывания одной гибкой связи, а другой - для разматывания-наматывания другой гибкой связи, при этом гибкие связи являются раздельными, ориентированы под углом друг к другу и одним концом жестко зафиксированы на направляющем блоке, а другим соответственно на подвеске станка-качалки и полированном штоке.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве поршневого насоса она содержит одноцилиндровый насос.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве поршневого насоса она содержит многоцилиндровый насос.

4. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что полированный шток одноцилиндрового поршневого насоса снабжен узлом для возвращения плунжера насоса в исходное положение.

5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что в качестве узла для возвращения плунжера насоса в исходное положение использована система упругих элементов.

6. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что одноцилиндровый поршневой насос снабжен всасывающим и нагнетательным клапанами.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что длина наматываемых и разматываемых гибких связей на направляющий блок составляет как менее, так и более одной длины его окружности.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что направляющий блок жестко соединен с рамой станка-качалки или со станком-качалкой.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что направляющий блок имеет длину окружности не менее максимальной длины хода станка-качалки.

10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что направляющий блок выполнен в виде цельной детали круглой или равномерной или неравномерной эллипсоидной формы.

11. Система по п. 1, отличающаяся тем, что направляющий блок выполнен в виде составной детали круглой, и/или равномерной, или неравномерной эллипсоидной формы.

12. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена фильтром очистки воды, установленным между всасывающей частью насоса и трубопроводом низкого давления.

13. Система по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что при размещении поршневого насоса наклонно его выкид расположен выше уровня всасывающей части для исключения скапливания свободного газа в выкиде насоса, обеспечения максимального коэффициента наполнения насоса и обеспечения более легкого и надежного возврата плунжера насоса в исходное положение на прием насоса.

14. Система по п. 1, отличающаяся тем, что выкид насоса снабжен двойным сальниковым устройством.

15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что двойное сальниковое устройство состоит из внутреннего сальника, который имеет возможность работы на перепаде давлений, большем, чем давление закачки воды в пласт, и предотвращения утечки с выкида насоса в промежуточную полость сальникового устройства вдоль полированного штока при его движении из полости между сальниками с отводящей линией для отвода просочившейся воды в водовод низкого давления и далее на прием насоса, и внешнего сальника, который имеет возможность работы на перепаде давлений, большем, чем давление в водоводе низкого давления и предотвращения возможности утечек жидкости из полости в атмосферу вдоль полированного штока при его движении.

16. Система по п. 1, отличающаяся тем, что на трубопроводе высокого давления дополнительно размещены воздушный нагнетательный компенсатор и обратный клапан.

17. Система по п. 3, отличающаяся тем, что в многоцилиндровом дифференциальном насосе плунжер состоит из двух плунжеров разного диаметра, внутренние полости которых гидравлически соединены между собой.

18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что для создания возвращающей силы плунжера в исходное положение в многоцилиндровом насосе диаметр плунжера на выкиде насоса больше диаметра плунжера на приеме насоса.

19. Система по п. 17, отличающаяся тем, что полость насоса между плунжерами соединена гидравлически с водоводом низкого давления и затем с приемом насоса для создания возвращающей силы для возвращения плунжера в исходное положение.

20. Система по п. 20, отличающаяся тем, что при использовании в качестве поршневого насоса многоцилиндрового дифференциального насоса на трубопроводе высокого давления между воздушным нагнетательным компенсатором и обратным клапаном дополнительно размещено автоматическое запорное устройство.

21. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена узлом обогрева насоса и трубопроводов, связанных с ним.

Images