RU2568617C1

RU2568617C1 - Устройство для интенсификации работы горизонтальной скважины

Info

Publication number: RU2568617C1
Application number: RU2014147536/03A
Authority: RU
Inventors: Илфат Нагимович Файзуллин; Рустем Фахрасович Набиуллин; Айнур Рафкатович Гусманов; Рим Салихович Губаев; Рустем Ильдарович Садыков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2015-11-20

Abstract

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважины с большим углом наклона эксплуатационной колонны. Устройство для интенсификации работы горизонтальной скважины включает колонну насосно-компрессорных труб с штанговым глубинным насосом и хвостовиком, оснащенным на нижнем конце клапаном и фильтром, выполненным в виде трубы с отверстиями радиальной конической формы, обращенными большим диаметром конуса внутрь фильтра, и заглушенным сферической заглушкой снизу. При этом штанговый глубинный насос выполнен вставным. В качестве клапана использован клапан, состоящий из корпуса с седлом и внутренней цилиндрической выборкой, подвижной втулки с обратным клапаном. При этом наружная поверхность верхней части подвижной втулки с седлом корпуса образует клапанную пару, а подвижная втулка подпружинена основной пружиной относительно корпуса. При этом обратный клапан выполнен в виде клапана золотникового типа с радиальными отверстиями и заглушкой сверху. Обратный клапан размещен во внутренней полости подвижной втулки и подпружинен дополнительной пружиной относительно подвижной втулки. При этом при повышении давления жидкости снизу обратный клапан выполнен с возможностью осевого перемещения относительно подвижной втулки с сжатием дополнительной пружины и открытием радиальных отверстий обратного клапана. При повышении давления жидкости сверху обратный клапан выполнен с возможностью сжатия основной пружины и осевого перемещения совместно с подвижной втулкой относительно корпуса и перетока жидкости сверху вниз по внутренней цилиндрической выборке корпуса. Причем на концах трубы с отверстиями радиальной конической формы жестко закреплены опоры. Между опорами на трубе напротив отверстий концентрично установлен фильтрующий элемент из намотанной витками по спирали проволоки, соединенной с проволочными продольными стрингерами, образующими между трубой и фильтрующим элементом дренажные каналы. Техническим результатом является повышение эффективности очистки фильтром добываемого продукта, повышение межремонтного периода работы устройства, промывка клапана и фильтра в скважине. 6 ил.

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при эксплуатации горизонтальной скважины.

Известен скважинный штанговый насос (патент RU №2173381, МПК Е21В 43/00 опубл. в бюл №25 от 10.09.2001 г.), состоящий из цилиндра с заглушкой и радиальными отверстиями, соединенного с колонной насосно-компрессорных труб, и плунжера с клапанами, соединенного с колонной насосных штанг, при этом насос снабжен пружиной и толкателем, размещенными на плунжере в верхней клапанной клетке для поджатия клапана к седлу, в котором имеются прорези, а к нижней части плунжера, где его наружная поверхность выполнена конической, присоединена нижняя клапанная клетка с клапаном и седлом, причем седло зафиксировано переводником с внутренним сквозным каналом, перекрытым мембраной, которая закреплена гайкой, имеется также крестовина, ограничивающая перемещение мембраны после ее срабатывания, и радиальное отверстие для выравнивания давлений, при этом, на верхний конец цилиндра навинчена муфта, с которой связан фильтр, установленный в интервале размещения радиальных каналов, а на нижний конец цилиндра закреплен, с помощью муфты и переводника, контейнер с заглушкой для сбора различных частиц и посторонних предметов, которые поступают в него через каналы переводника, в котором на поперечной планке предусмотрен шток для разрушения мембраны.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, оно не позволяет надежно эксплуатировать скважины с большим углом наклона (горизонтальные скважины) из-за неравномерного заполнения жидкостью фильтра и хвостовика и влияния газа на работу насоса;

- во-вторых, конструкция подпружиненного клапана не обеспечивает надежную работу насоса при размещении в скважине с большим углом наклона;

- в-третьих, металлоемкость конструкция устройства.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является устройство для эксплуатации скважины (патент RU №2388901, МПК Е21В 43/00, опубл. в бюл №13 от 10.05.2010 г.), включающее колонну насосно-компрессорных труб с штанговым глубинным насосом и хвостовиком, оснащенным на нижнем конце клапаном и фильтром, причем в качестве клапана использован клапан с подпружиненным тарельчатым конусом и направляющими, одна из которых снабжена пружиной, другая - ограничителем, фильтр выполнен в виде трубы с отверстиями и заглушенный сферической заглушкой снизу, причем отверстия фильтра выполнены радиальной конической формы; отверстия обращены большим диаметром конуса внутрь фильтра, имеют наружный диаметр 40-60 мм и внутренний диаметр 80-100 мм при толщине стенки 5,5-9,0 мм.

Недостатком данного устройства являются:

- во-первых, низкая эффективность очистки фильтром добываемого продукта, так как радиальные отверстия в фильтре обращены большим диаметром конуса внутрь фильтра и имеют наружный диаметр 40-60 мм, внутренний диаметр 80-100 мм при толщине стенки 5,5-9,0 мм. При такой конструкции фильтр свободно пропускает через себя внутрь все загрязняющие частицы: шлам, грязь, окалины с НКТ и механические примеси диаметром, меньшим наружного диаметра радиального отверстия. В результате сначала загрязнения откладываются на стенке отверстий фильтра, сужая проходное сечение отверстий фильтра, вследствие чего резко снижается дебит добываемого продукта, а впоследствии полностью закупориваются (кольматируются) радиальные отверстия трубы фильтра;

- во- вторых, короткий межремонтный период работы устройства (штангового глубинного насоса и клапана) в горизонтальной скважине, из-за того что в скважинном штанговом насосе оседают окалины, механические примеси и грязь, свободно прошедшие через фильтр, что вызывает преждевременный износ скважинного насоса, в связи с чем штанговый насос выходит из строя, а клапан теряет герметичность;

- в-третьих, конструкция клапана не позволяет произвести промывку клапана и фильтра в горизонтальной скважине в процессе ее эксплуатации, поэтому для очистки и промывки узлов (клапана, насоса) устройство необходимо извлечь полностью из горизонтальной скважины.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности очистки фильтром добываемого продукта, увеличение межремонтного периода работы устройства с возможностью промывки фильтра в горизонтальной скважине в процессе ее эксплуатации.

Поставленная техническая задача решается устройством для интенсификации работы горизонтальной скважины, включающим колонну насосно-компрессорных труб с штанговым глубинным насосом и хвостовиком, оснащенным на нижнем конце клапаном и фильтром, выполненным в виде трубы с отверстиями радиальной конической формы, обращенными большим диаметром конуса внутрь фильтра, и заглушенным сферической заглушкой снизу.

Новым является то, что штанговый глубинный насос выполнен вставным, а в качестве клапана использован клапан, состоящий из корпуса с седлом и внутренней цилиндрической выборкой, подвижной втулки с обратным клапаном, при этом наружная поверхность верхней части подвижной втулки с седлом корпуса образует клапанную пару, а подвижная втулка подпружинена основной пружиной относительно корпуса, при этом обратный клапан выполнен в виде клапана золотникового типа с радиальными отверстиям и заглушкой сверху, обратный клапан размещен во внутренней полости подвижной втулки и подпружинен дополнительной пружиной относительно подвижной втулки, при этом при повышении давления жидкости снизу обратный клапан выполнен с возможностью осевого перемещения относительно подвижной втулки с сжатием дополнительной пружины и открытием радиальных отверстий обратного клапана, а при повышении давления жидкости сверху обратный клапан выполнен с возможностью сжатия основной пружины и осевого перемещения совместно с подвижной втулки относительно корпуса и перетока жидкости сверху вниз по внутренней цилиндрической выборке корпуса, причем на концах трубы с отверстиями радиальной конической формы жестко закреплены опоры, между опорами на трубе напротив отверстий концентрично установлен фильтрующий элемент из намотанной витками по спирали проволоки, соединенной с проволочными продольными стрингерами, образующими между трубой и фильтрующим элементом дренажные каналы.

На фигуре 1 схематично изображено предлагаемое устройство.

На фигуре 2 схематично изображен вид А клапана в закрытом положении в увеличенном виде после спуска устройства в горизонтальную скважину.

На фигуре 3 схематично изображен вид А клапана в открытом положении в увеличенном виде при отборе продукции из горизонтальной скважины.

На фигуре 4 схематично изображен вид А клапана в открытом положении в увеличенном виде при промывке клапана и фильтра в горизонтальной скважине.

На фигуре 5 схематично изображен вид Б фильтра в увеличенном виде.

На фигуре 6 изображено сечение А-А клапана.

Устройство для интенсификации работы горизонтальной скважины 1 (см. фиг. 1) включает колонну насосно-компрессорных труб 2 с вставным штанговым глубинным насосом 3.

В качестве штангового глубинного насоса 3 применяют любой известный вставной насос, например марки НГВ-1 с диаметром плунжера 38 мм.

Снизу к колонне насосно-компрессорных труб 2 присоединен хвостовик 4, оснащенный на нижнем конце клапаном 5 и фильтром 6, выполненным в виде трубы 7 с отверстиями 8 радиальной конической формы, обращенными большим диаметром конуса внутрь фильтра 6, и заглушенным сферической заглушкой 9 снизу. Хвостовик 4 расположен в горизонтальной части 1' горизонтальной скважины 1.

В качестве клапана 5 (см. фиг. 1, 2, 3, 5) использован клапан, состоящий из корпуса 10 с седлом 11 и внутренней цилиндрической выборкой 12, подвижной втулки 13 с обратным клапаном 14, при этом наружная поверхность верхней части подвижной втулки 13 с седлом 11 корпуса 10 образует клапанную пару.

Подвижная втулка 13 подпружинена основной пружиной 15 относительно корпуса 10, что обеспечивает герметичную посадку подвижной втулки 13 на седло 11 корпуса 10.

Обратный клапан 14 выполнен в виде клапана золотникового типа с радиальными отверстиям 16 и заглушкой 17 сверху.

Обратный клапан 14 размешен во внутренней полости 13' подвижной втулки 13 и подпружинен дополнительной пружиной 18 относительно подвижной втулки 13.

При повышении давления жидкости снизу, т.е. при отборе продукции горизонтальной скважины 1, обратный клапан 14 имеет возможность осевого перемещения относительно подвижной втулки 13 с сжатием дополнительной пружины 18 и открытием радиальных отверстий 16 обратного клапана 14.

При повышении давления жидкости сверху, т.е. при промывке фильтра 6, обратный клапан 14 выполнен с возможностью сжатия основной пружины 15 и осевого перемещения совместно с подвижной втулкой 13 относительно корпуса 10 и перетока жидкости сверху вниз по внутренней цилиндрической выборке 12 корпуса 10.

В фильтре 6 на концах трубы 7, в качестве которой, например, применяют трубу наружным диметром 73 мм с толщиной стенки 5,5 мм и длиной 6 м (см. фиг. 1 и 5) с отверстиями 8 радиальной конической формы, закреплены опоры 19 и 20 соответственно. Отверстия 8 (см. фиг. 5) радиальной конической формы обращены большим диаметром конуса внутрь фильтра 6 и снаружи имеют диаметр d₁=6 мм, а внутри d₂=8 мм.

Между опорами 19 и 20 (см. фиг. 5) на трубе 7 напротив отверстий 8 концентрично установлен фильтрующий элемент 21 из намотанной витками по спирали проволоки 22 с диаметром проволоки 3,0 мм с зазором: а=1,5 мм между витками, соединенной, например, при помощи точечной сварки с проволочными продольными стрингерами 23, образующими между трубой 7 и фильтрующим элементом 21 дренажные каналы 24.

Опытным путем установлено, что при таких геометрических размерах: отверстий 8 радиальной конической формы и фильтрующего элемента 21 из намотанной витками по спирали проволоки 22 диаметром проволоки 3,0 мм с зазором а=1,5 мм, обеспечивается эффективная промывка фильтра 6 (см. фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

Производят монтаж устройства в горизонтальной скважине 1, как показано на фигуре 1. В процессе спуска устройства в горизонтальную скважину 1 клапан 5 остается в закрытом положении (см. фиг. 2).

Далее запускают вставной штанговый глубинный насос 3 (см. фиг. 1 и 5) в работу. Добываемый продукт (скважинная жидкость), содержащий посторонние примеси (шлам, механические частицы и прочее), проходит через зазор а=1,5 мм между витками намотанной по спирали проволоки 22 фильтрующего элемента 21 и попадает в дренажные каналы 24. В дренажных каналах 24 добываемый продукт растекается вдоль трубы 7 и поступает через отверстия 8 радиальной конической формы трубы 7 внутрь фильтра 6.

Крупные частицы (более 1,5 мм) оседают в стволе горизонтальной скважины 1 вне фильтра 6, а частицы, имеющие размер меньше чем ширина зазора а=1,5 мм и менее, оседают в дренажных каналах 24.

Предлагаемая конструкция фильтра 6 позволяет повысить эффективность очистки фильтром 6 добываемого продукта, так как наличие зазора а=1,5 мм между витками намотанной по спирали проволоки 22 фильтрующего элемента 21, а также наличие дренажных каналов 24, в котором растекается добываемый продукт, предотвращает поступление внутрь фильтра 6 частиц, оседающих на скважинном оборудовании (клапане 5, вставном глубинном штанговом насосе 3, хвостовике 4 и в колонне насосно-компрессорных труб 2).

Благодаря усовершенствованной конструкции фильтра 6, оснащенного фильтрующим элементом 21 из намотанной витками по спирали проволоки 22 с зазором а=1,5 мм между витками, соединенной с проволочными продольными стрингерами 23, образующий между трубой 7 и фильтрующим элементом 21 дренажные каналы 24, частицы загрязнений отфильтровываются и не попадают как в клапан 5, так и во вставной штанговый глубинный насос 3, что предотвращает их преждевременный износ и позволяет продлить межремонтный период работы оборудования (насоса, клапана).

При движении плунжера (на фиг. 1-6 не показан) вставного штангового глубинного насоса 3 (см. фиг. 1 и 3) вверх за счет создания вакуума ниже вставного штангового глубинного насоса 3 происходит повышение давления жидкости ниже клапана 5 (при отборе продукции горизонтальной скважины 1). В результате обратный клапан 14 совершает осевого перемещения относительно подвижной втулки 13 с сжатием дополнительной пружины 18, при этом открываются радиальные отверстия 16 обратного клапана 14. Добываемый продукт (скважинная жидкость) из фильтра 6 по хвостовику 4 через радиальные отверстия 16 обратного клапана 14 клапана 5 поступает на прием вставного штангового глубинного насоса 3.

При движении плунжера вниз вставного штангового глубинного насоса 3 за счет давления столба жидкости выше клапана 5 и усилия сжатия дополнительно пружины 18 обратный клапан 14 (см. фиг. 1, 3) совершает обратное осевое перемещение относительно подвижной втулки 13. В результате радиальные отверстия 16 обратного клапана 14 герметично перекрываются внутренней поверхностью подвижной втулки 13 (см. фиг. 2).

Вставной штанговый глубинный насос 3 перекачивает добываемый продукт по колонне насосно-компрессорных труб 2 на поверхность. Таким образом, происходит отбор скважинной жидкости с помощью предлагаемого устройства. В процессе эксплуатации предлагаемого устройства происходит снижение объема добываемой скважинной жидкости по причине засорения частицами шлама, механическими примесями либо смолопарафиновыми отложениями клапана 5 и/или фильтра 6.

Для восстановления объема добываемой скважинной жидкости по вышеуказанным причинам извлекают плунжер вставного штангового глубинного насоса 3 из колонны насосно-компрессорных труб 2. Производят закачку технологической жидкости, например углеводородного растворителя, в колонну насосно-компрессорных труб 2, например, под давлением 5,0 МПа. В результате повышается давление выше клапана 5 и под давлением жидкости сверху обратный клапан 14, сжимая основную пружину 15, совершает осевое перемещение вниз совместно с подвижной втулкой 13 относительно корпуса 1, при этом происходит переток жидкости (углеводородного растворителя) сверху вниз по внутренней цилиндрической выборке 12 корпуса 10 (см. фиг. 4 и 6). Далее технологическая жидкость по хвостовику 4 (см. фиг. 1 и 5) достигает фильтра 6, через отверстия 8 и дренажные каналы 24 которого технологическая жидкость поступает в затрубное пространство горизонтальной скважины 1, откуда поднимается на поверхность. Таким образом, циркуляцией технологической жидкости, например, в объеме 7,5 м производят очистку радиальных отверстий 16 обратного клапана 14 клапана 5 и дренажных каналов 24 и радиальных отверстий 8 фильтра 6 от шлама, механических примесей либо смолопарафиновых отложений.

Спускают плунжер вставного штангового глубинного насоса 3 в колонну насосно-компрессорных труб 2 и запускают устройство в работу.

Предлагаемое устройство при необходимости позволяет произвести промывку клапана и фильтра в горизонтальной скважине в процессе ее эксплуатации без извлечения устройства из горизонтальной скважины.

Предлагаемое устройство для интенсификации работы горизонтальной скважины позволяет

- повысить эффективность очистки фильтром добываемого продукта;

- повысить межремонтный период работы устройства в горизонтальной скважине;

- произвести промывку клапана и фильтра в горизонтальной скважине.

Claims

Устройство для интенсификации работы горизонтальной скважины, включающее колонну насосно-компрессорных труб с штанговым глубинным насосом и хвостовиком, оснащенным на нижнем конце клапаном и фильтром, выполненным в виде трубы с отверстиями радиальной конической формы, обращенными большим диаметром конуса внутрь фильтра, и заглушенным сферической заглушкой снизу, отличающееся тем, что штанговый глубинный насос выполнен вставным, а в качестве клапана использован клапан, состоящий из корпуса с седлом и внутренней цилиндрической выборкой, подвижной втулки с обратным клапаном, при этом наружная поверхность верхней части подвижной втулки с седлом корпуса образует клапанную пару, а подвижная втулка подпружинена основной пружиной относительно корпуса, при этом обратный клапан выполнен в виде клапана золотникового типа с радиальными отверстиями и заглушкой сверху, обратный клапан размещен во внутренней полости подвижной втулки и подпружинен дополнительной пружиной относительно подвижной втулки, при этом при повышении давления жидкости снизу обратный клапан выполнен с возможностью осевого перемещения относительно подвижной втулки с сжатием дополнительной пружины и открытием радиальных отверстий обратного клапана, а при повышении давления жидкости сверху обратный клапан выполнен с возможностью сжатия основной пружины и осевого перемещения совместно с подвижной втулкой относительно корпуса и перетока жидкости сверху вниз по внутренней цилиндрической выборке корпуса, причем на концах трубы с отверстиями радиальной конической формы жестко закреплены опоры, между опорами на трубе напротив отверстий концентрично установлен фильтрующий элемент из намотанной витками по спирали проволоки, соединенной с проволочными продольными стрингерами, образующими между трубой и фильтрующим элементом дренажные каналы.