RU2574655C1

RU2574655C1 - Sucker rod pump unit for simultaneous-separate operation of two reservoirs

Info

Publication number: RU2574655C1
Application number: RU2014154484/03A
Authority: RU
Inventors: Наиль Габдулбариевич Ибрагимов; Айрат Рафкатович Рахманов; Александр Владимирович Артюхов; Камиль Мансурович Гарифов; Мирзахан Атакиши оглы Джафаров; Александр Владимирович Глуходед
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2016-02-10

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: unit includes a flow column, a packer, a liner and a sucker rod pump with a side hole in the cylinder, dividing this cylinder into two parts proportional to the capacities of appropriate reservoirs, located in the casing above a two-channel body, in one channel there is an additional suction valve with an output to the clearance between the casing and the cylinder, and the second channel is connected with an input of the sucker rod pump, inputs of the first and second channels are connected with the above packer space of the well and the liner or vice versa. According to the invention the sucker rod pump is made assembled with elongated bottom collar securing and an anchor shoe, connected with an output of the two-channel sub. The clearance between the cylinder and the casing above the side hole of the cylinder is tightened by the sealing coil with collars and lock element, that by the top end is connected with a fit-in branch pipe, equipped at the joint with the flow column by the turned over anchor shoe for mechanical securing of the inserted pump, and the top part of the cylinder has a turned over lock of the appropriate top mechanical securing. Wherein the top surface of the O-ring of the anchor shoe is located below the spring end of the turned over lock at the distance equal from the side hole of the cylinder to the middle of the lock element of the sealing coil.

EFFECT: reduced volume of works performed at the facility during yield and water cut determination of each operated reservoir.

4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным штанговым насосным установкам.The invention relates to the oil industry, in particular to downhole sucker rod pumping units.

Известна установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (патент РФ №2221136, БИ №1 за 2004 г., аналог), содержащая колонну лифтовых труб пакер, хвостовик и штанговый насос с основным и дополнительным боковым всасывающими клапанами.A known installation for simultaneous and separate operation of two layers in a well (RF patent No. 2221136, BI No. 1 for 2004, analogue), containing a packer pipe string, a liner and a sucker rod pump with a main and additional side suction valves.

Недостатком установки является сложности проводимых работ на скважине при определении дебита и обводненности каждого объекта эксплуатации, поскольку продукция обоих пластов смешивается и на поверхность поднимается единым лифтом. Кроме этого, большой поперечный габарит насоса, из-за размещенного сбоку от цилиндра дополнительного всасывающего клапана, ограничивает возможность спуска в скважины с уменьшенным диаметром эксплуатационной колонны (ЭК).The disadvantage of the installation is the complexity of the work carried out at the well in determining the flow rate and water cut of each object of operation, since the products of both layers are mixed and rise to the surface with a single elevator. In addition, the large transverse dimension of the pump, due to the additional suction valve located on the side of the cylinder, limits the possibility of descent into wells with a reduced diameter of the production string (EC).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (патент №2377395, Бюл. №36, 27.12.2009 г., прототип). Установка включает колонну лифтовых труб, пакер, хвостовик, штанговый насос с боковым отверстием в цилиндре, размещенным в кожухе, двухканальный корпус, в один из каналов которого размещен дополнительный всасывающий клапан, а второй канал сообщен с входом штангового насоса.The closest in technical essence to the proposed is the installation for simultaneous and separate operation of two layers in the well (patent No. 2377395, Bull. No. 36, 12/27/2009, prototype). The installation includes a column of lift pipes, a packer, a liner, a sucker rod pump with a side hole in the cylinder located in the casing, a two-channel housing, in one of the channels of which an additional suction valve is placed, and the second channel is in communication with the inlet of the sucker rod pump.

Общим недостатком известных установок является сложность и трудоемкость проводимых работ на скважине по определению дебита и обводненности каждого объекта эксплуатации. Для обеспечения отбора жидкости только из нижнего объекта производится закрытие бокового отверстия цилиндра насоса плунжером (временное исключение отбора жидкости из верхнего объекта). При этом на устье скважины устанавливают необходимую длину хода СК, и при помощи полированного штока осуществляют переподгонку плунжера в цилиндре насоса таким образом, чтобы нижний торец плунжера перемещался только в пределах от нижней мертвой точки (НМТ) до бокового отверстия цилиндра. В случае нехватки длины полированного штока на устье скважины добавляют полуштанги. Эти работы проводятся в отдельных случаях (при большом расстоянии бокового отверстия от всасывающего клапана) с привлечением бригады подземного ремонта скважины (ПРС). Кроме этого, при использовании на скважине цепного привода (ПЦ), вовсе отсутствует возможность определения индивидуальных дебитов и обводненности каждого объекта путем исключения отбора жидкости одного из объектов, поскольку длина хода ПЦ неизменна, т.е. не регулируется.A common disadvantage of the known installations is the complexity and complexity of the ongoing work on the well to determine the flow rate and water cut of each object of operation. To ensure fluid withdrawal only from the lower object, the side opening of the pump cylinder is closed with a plunger (temporary exclusion of liquid withdrawal from the upper object). At the same time, the required stroke length is established at the wellhead, and using a polished rod, the plunger is re-fitted in the pump cylinder so that the lower end of the plunger moves only from the bottom dead center (BDC) to the side hole of the cylinder. In case of shortage of polished rod length, half-bars are added at the wellhead. These works are carried out in individual cases (with a large distance of the side opening from the suction valve) with the involvement of the underground well repair team (ORS). In addition, when using a chain drive (PC) at the well, it is not at all possible to determine the individual production rates and watering of each object by eliminating the fluid withdrawal of one of the objects, since the stroke length of the PC is unchanged, i.e. not regulated.

Технической задачей, решаемой предлагаемой установкой, является упрощение и сокращение производимых работ на скважине при определении дебита и обводненности каждого эксплуатируемого пласта и обеспечение возможности определения этих же параметров работы скважины, оборудованной цепным приводом.The technical problem solved by the proposed installation is to simplify and reduce the work performed in the well when determining the flow rate and watering of each exploited formation and providing the ability to determine the same parameters of the well equipped with a chain drive.

Указанная задача решается тем, что в штанговой насосной установке для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, включающей колонну лифтовых труб, пакер, хвостовик и штанговый насос с боковым отверстием в цилиндре, делящим этот цилиндр на две части, пропорциональные производительностям соответствующих пластов, размещенным в кожухе над двухканальным корпусом, в одном из каналов которого размещен дополнительный всасывающий клапан с выходом в зазор между кожухом и цилиндром, а второй канал сообщен с входом штангового насоса, входы первого и второго каналов сообщены с надпакерным пространством скважины и хвостовиком или, наоборот, согласно изобретению штанговый насос выполнен вставным с удлиненным нижним манжетным креплением и якорным башмаком, сообщенным с выходом двухканального переходника, зазор между цилиндром и кожухом над боковым отверстием цилиндра герметизирован уплотнительной катушкой с манжетами и запорным элементом, которая верхним концом соединена с подгоночным патрубком, оборудованном на стыке с колонной лифтовых труб перевернутым якорным башмаком механического крепления вставного насоса, а верхняя часть цилиндра снабжена перевернутым замком соответствующего верхнего механического крепления. Причем верхняя поверхность уплотнительного кольца якорного башмака располагается ниже торца пружины перевернутого замка на расстоянии равном от бокового отверстия цилиндра до середины запорного элемента уплотнительной катушки. При этом цилиндр насоса с наружной стороны выше и ниже бокового отверстия в пределах расположения уплотнительной катушки имеет отшлифованную поверхность.This problem is solved by the fact that in a sucker rod pump installation for simultaneous and separate operation of two layers, including an elevator pipe string, a packer, a liner and a sucker rod pump with a side hole in the cylinder dividing this cylinder into two parts proportional to the productivity of the respective layers located in the casing above a two-channel housing, in one of the channels of which an additional suction valve is placed with an exit to the gap between the casing and the cylinder, and the second channel is in communication with the inlet of the sucker rod pump, input The first and second channels are in communication with the over-packer space of the well and the liner, or, conversely, according to the invention, the sucker rod pump is plug-in with an elongated lower cuff mount and an anchor shoe in communication with the output of the two-channel adapter, the gap between the cylinder and the casing above the side opening of the cylinder is sealed with a sealing coil with cuffs and a locking element, which is connected with an upper end to a fitting pipe equipped with an inverted anchor tower at the junction with the column of elevator pipes This is the mechanical fastening of the plug-in pump, and the upper part of the cylinder is equipped with an inverted lock of the corresponding upper mechanical fastening. Moreover, the upper surface of the sealing ring of the anchor shoe is located below the end of the spring of the inverted lock at a distance equal to the side opening of the cylinder to the middle of the locking element of the sealing coil. Moreover, the pump cylinder on the outside above and below the side opening within the location of the sealing coil has a ground surface.

На фиг. 1 изображена схема расположения нижней ча сти установки при совместной эксплуатации двух пластов, на фиг. 2 - схема верхней части штангового насоса установки.In FIG. 1 shows the layout of the lower part of the installation during the joint operation of two layers, FIG. 2 is a diagram of the top of the pump rod pump.

На фиг. 3 показана схема штангового насоса при исследовании одного из пластов, на фиг. 4 - схема двухканального переходника штангового насоса при забойном давлении нижнего пласта, превышающем забойное давление верхнего.In FIG. 3 shows a diagram of a sucker rod pump in the study of one of the layers, in FIG. 4 is a diagram of a two-channel rod pump adapter with bottomhole pressure of the lower layer exceeding the bottomhole pressure of the upper one.

Установка содержит (см. фиг. 1) колонну лифтовых труб 1, пакер 2, который хвостовиком 3 соединен со вставным штанговым насосом 4 с нижним удлиненным манжетным креплением 5 и якорным башмаком 6. Насос 4 содержит плунжер 7 со штоком 8, соединенным с колонной штанг (не показан) и цилиндр 9 с отверстием 10 и основным всасывающим клапаном 11. На цилиндр 9 надет кожух 12 с зазором 13 для протекания жидкости к отверстию 10. К нижнему концу кожуха 12 присоединен двухканальный переходник 14 с каналом 15, соединенным с основным всасывающим клапаном 11 с помощью эксцентричного переходника 16 с патрубком (не обозначен) и удлиненного манжетного крепления 5, и с каналом 17, соединенным с входом дополнительного всасывающего клапана 18, выход которого сообщается зазором 13. В зависимости от условий эксплуатации установки двухканальный переходник 14 выполняется в двух вариантах (см. фиг. 4), т.е. входами один из каналов 15 или 19 сообщен с межтрубном пространством 21, а другой 15 или 17 - хвостовиком 3. При этом в обоих вариантах вход хвостовика 3 сообщен с пространством 20 под пакером 2, разобщающий нижний пласт 21 от верхнего 22, последний который сообщен с межтрубным пространством 20. К верхнему концу кожуха 12 над отверстием 10 присоединена уплотнительная катушка 23 с манжетами 24 и запорным элементом 25 в виде кольца из фторопласта. Цилиндр 9 насоса с наружной стороны выше и ниже бокового отверстия 10 в пределах расположения уплотнительной катушки 23 имеет отшлифованную поверхность. Уплотнительная катушка 25 сверху подсоединена с подгоночным патрубком 26, оборудованным на стыке с лифтовых труб 1 перевернутым якорным башмаком 27 с уплотнительным кольцом 28 механического крепления вставного насоса по API. При этом верхняя часть цилиндра 8 соответственно оборудована перевернутым замком 29 верхнего механического крепления по API с пружиной 30 и анкерным цилиндром 31.The installation contains (see Fig. 1) a column of elevator pipes 1, a packer 2, which is connected by a liner 3 to an insert rod pump 4 with a lower elongated cuff mount 5 and an anchor shoe 6. Pump 4 contains a plunger 7 with a rod 8 connected to the rod string (not shown) and a cylinder 9 with an opening 10 and a main suction valve 11. A cylinder 12 is fitted with a casing 12 with a gap 13 for fluid to flow to the opening 10. A two-channel adapter 14 is connected to the lower end of the casing 12 with a channel 15 connected to the main suction valve 11 using eccentric the primary adapter 16 with a pipe (not indicated) and an elongated cuff mount 5, and with a channel 17 connected to the input of the additional suction valve 18, the output of which is communicated by the gap 13. Depending on the operating conditions of the installation, the two-channel adapter 14 is performed in two versions (see Fig. 4), i.e. the inputs of one of the channels 15 or 19 are in communication with the annulus 21, and the other 15 or 17 - in the shank 3. In both cases, the input of the shank 3 is connected with the space 20 under the packer 2, disconnecting the lower layer 21 from the upper 22, the last of which is connected with annular space 20. To the upper end of the casing 12 above the hole 10 is attached a sealing coil 23 with cuffs 24 and a locking element 25 in the form of a ring of ftoroplast. The pump cylinder 9 on the outside above and below the side opening 10 within the location of the sealing coil 23 has a ground surface. The sealing coil 25 is connected to the top with a fitting pipe 26, equipped at the junction with the elevator pipes 1 with an inverted anchor shoe 27 with a sealing ring 28 for mechanically securing the plug-in pump according to API. The upper part of the cylinder 8 is accordingly equipped with an inverted lock 29 of the upper mechanical fastening according to API with a spring 30 and an anchor cylinder 31.

Перед спуском установки в скважину предварительно в механическом цехе выполняют монтаж насоса снизу верх таким образом, что выборочное расстояние (~20 см) от отверстия 10 цилиндра 9 до середины запорного элемента 25 совпадало с расстоянием от нижнего торца пружины 30 замка 29 до верхней поверхности уплотнительного кольца 30 якорного башмака 29. Совпадение этих расстояний осуществляется путем подбора длины подгоночного патрубка 26. Верхний конец штока 8 исполнен под захват автосцепа (не показан) для стыковки колонны штанг со штоком 8 плунжера 7, который спускают в скважину в последнюю очередь.Before launching the installation into the well, the pump is installed in the machine shop from the bottom up so that the selected distance (~ 20 cm) from the hole 10 of the cylinder 9 to the middle of the locking element 25 coincides with the distance from the lower end of the spring 30 of the lock 29 to the upper surface of the sealing ring 30 of the anchor shoe 29. The coincidence of these distances is carried out by selecting the length of the fitting pipe 26. The upper end of the rod 8 is designed to capture a coupler (not shown) for joining the rod string with the rod 8 of the plunger 7, cat The last one is lowered into the well.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

При ходе плунжера 7 (см. фиг. 1) вверх под ним создается разрежение, и продукция нижнего пласта 21 через подпакерное пространство 20, хвостовик 3, канал 15 двухканального переходника 14 и основного всасывающего клапана 11 поступает в цилиндр 9 насоса 4. После прохождения нижним торцом плунжера 7 отверстия 10 в цилиндр 9 поступает через межтрубное пространство 19, канал 17, с дополнительным всасывающим клапаном 18, зазор 13 под кожухом 12 и отверстие 10, продукция верхнего пласта 22. При этом основной всасывающий клапан 11 закрывается, т.к. забойное давление на уровне насоса 4 у верхнего пласта 22 больше, чем у нижнего пласта 21. К тому же из-за гидростатического столба жидкости на высоте хвостовика 3 давление на приеме насоса, т.е. в цилиндре, меньше, чем забойное давление нижнего пласта 21. Поэтому в оставшуюся часть хода плунжера 7 поступает продукция только верхнего пласта 22. При ходе вниз жидкость в цилиндре 9 насоса 4 перетекает через плунжер 7, и при следующем ходе все повторяется вновь, а продукция пластов 21 и 22 перекачивается вверх по колонне лифтовых труб 1.During the course of the plunger 7 (see Fig. 1), a vacuum is created below it, and the products of the lower formation 21 through the under-packer space 20, the shank 3, channel 15 of the two-channel adapter 14 and the main suction valve 11 enter the cylinder 9 of the pump 4. After passing the lower the end of the plunger 7 of the hole 10 into the cylinder 9 enters through the annulus 19, the channel 17, with an additional suction valve 18, the gap 13 under the casing 12 and the hole 10, the production of the upper layer 22. In this case, the main suction valve 11 closes, because the bottomhole pressure at the level of pump 4 at the upper formation 22 is greater than that at the lower formation 21. Moreover, due to the hydrostatic column of liquid at the height of the liner 3, the pressure at the pump inlet, i.e. in the cylinder, less than the bottomhole pressure of the lower layer 21. Therefore, the output of the upper layer 22 only enters the remainder of the stroke of the plunger 7. During a downward stroke, the liquid in the cylinder 9 of the pump 4 flows through the plunger 7, and the next time everything repeats, and the production layers 21 and 22 is pumped up the column of elevator pipes 1.

В случае если, наоборот, забойное давление нижнего пласта 21 выше, чем у верхнего 22, при спуске штангового насоса 4 применяется другой конструкции двухканальный переходник 14 (см. фиг. 4). Тогда установка работает также, только сначала в цилиндр 9 поступает продукция верхнего пласта 22, а затем после прохождения торцом плунжера 7 отверстия 10, продукция нижнего пласта 21.If, on the contrary, the bottomhole pressure of the lower layer 21 is higher than that of the upper 22, a different design of the two-channel adapter 14 is used when lowering the sucker rod pump 4 (see Fig. 4). Then the installation also works, only first the product of the upper layer 22 enters the cylinder 9, and then after the end of the plunger 7 passes through the hole 10, the production of the lower layer 21.

Для определения дебита и обводненности каждого эксплуатируемого пласта в отдельности осуществляют отбор жидкости только из одного пласта следующим образом.To determine the flow rate and water cut of each operating formation separately, only one reservoir is sampled as follows.

На устье скважины полированный шток (не показан) колонны штанг поднимают до упора верхнего торца плунжера 7 на анкерный цилиндр 31 замка 29, что приводит к повышению веса подвески колонны штанг. Дальнейший подъем подвески колонны штанг приводит к перемещению вверх штангового насоса 4 с оправкой манжетного крепления 18 относительно кожуха 12 и удлиненного цилиндра якорного башмака на ~20 см с повышением веса подвески. При этом происходит прикрытие бокового отверстия 10 цилиндра 9 запорным элементом 25 уплотнительной катушки 23, т.е. отсекается поступление жидкости одним из пластов 21 и 22 в зависимости от режима их эксплуатации с применением разновидности двухканального переходника 14. При повышении веса подвески колонны штанг еще на 500 кг над весом для перемещения подвески, подъем нужно остановить, это означает, что посадочный узел замка 29 упирается в уплотнительное кольцо 28, и пружину 30, фиксированную в якорном башмаке 27, а манжетное крепление 5 остается в пределах удлиненного цилиндра якорного башмака 6 (см. фиг. 3). Для предотвращения смещения цилиндра 9 насоса 4 в кожухе 12 при ходе плунжера 7 вниз предварительно путем изменения угла проточки торца пружины 30 в зависимости от диаметра плунжера насоса 4, подбирают усилие сжатия пружины 30, превышающее усилие срыва от уплотнительного кольца 28.At the wellhead, a polished rod (not shown) of the rod string is lifted to the stop of the upper end of the plunger 7 on the anchor cylinder 31 of the lock 29, which leads to an increase in the weight of the suspension of the rod string. A further rise in the suspension of the rod string leads to an upward movement of the rod pump 4 with the mandrel of the cuff mount 18 relative to the casing 12 and the elongated cylinder of the anchor shoe by ~ 20 cm with an increase in the weight of the suspension. In this case, the side opening 10 of the cylinder 9 is covered by the locking element 25 of the sealing coil 23, i.e. the fluid intake is cut off by one of the layers 21 and 22, depending on the mode of their operation using a variety of two-channel adapter 14. If the suspension weight of the rod string is increased by another 500 kg above the weight to move the suspension, the lift must be stopped, this means that the lock assembly 29 abuts against the sealing ring 28, and the spring 30, fixed in the anchor shoe 27, and the cuff mount 5 remains within the elongated cylinder of the anchor shoe 6 (see Fig. 3). To prevent the displacement of the cylinder 9 of the pump 4 in the casing 12 when the plunger 7 moves downward, by changing the angle of the end face of the spring 30 depending on the diameter of the plunger of the pump 4, the compression force of the spring 30 is selected that exceeds the stall force from the sealing ring 28.

Для восстановления рабочего положения плунжера 7 в цилиндре 9, полированный шток спускают и закрепляют в штанговращателе (не показан) на 20 см выше от первоначального положения. Для сохранения первоначального рабочего режима откачки жидкости насосом 4 из замеряемого пласта, уменьшают число качаний привода для достижения линейной скорости откачки жидкости эквивалентно линейной скорости откачки жидкости при совместной работе пластов, т.е. N₁*L=N₂*L,To restore the working position of the plunger 7 in the cylinder 9, the polished rod is lowered and secured in a rod rotator (not shown) 20 cm higher from the original position. To preserve the initial operating mode of pumping liquid out by pump 4 from the measured formation, the number of swings of the drive is reduced to achieve a linear pumping speed of the fluid equivalent to the linear pumping speed of the fluid during joint work of the formations, i.e. N ₁ * L = N ₂ * L,

где N₁ и N₂ - соответственно число качание привода до исследования и при исследовании скважины, L - длина хода полированного штока привода.where N ₁ and N ₂ - respectively, the number of swing of the drive before the study and in the study of the well, L is the stroke length of the polished rod of the drive.

По известному значению дебита и обводненности исследуемого пласта определяются эти же параметры другого пласта путем вычета от общего совместного замера продукции скважины.Using the known value of the flow rate and water cut of the investigated formation, the same parameters of the other formation are determined by deducting from the total joint measurement of the well production.

После исследования скважины, т.е. определения дебита и обводненности продукции замеряемого пласта, осуществляют перепосадку штангового насоса 4 в кожухе 12. Для этого на устье скважины освобождают полированный шток от штанговращателя, и медленно спускают штанговую подвеску до полного разгрузки ее веса. За счет полного веса колонны штанг пружина 30 замка 29 срывается из уплотнительного кольца 28. На устье скважины восстанавливают первоначальное положение полированного штока в штанговращателе и запускают скважину для совместной эксплуатации пластов 21 и 22.After exploring the well, i.e. determining the flow rate and water cut of the products of the measured formation, transplant the rod pump 4 in the casing 12. To do this, release the polished rod from the rod rotator at the wellhead and slowly lower the rod suspension until its weight is completely unloaded. Due to the total weight of the rod string, the spring 30 of the lock 29 breaks from the o-ring 28. At the wellhead, the polished rod is restored to its original position in the rod rotator and the well is launched for joint operation of formations 21 and 22.

Установка позволяет при одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов штанговым насосом существенно сократить объем производимых работ на скважине при определении дебита и обводненности каждого эксплуатируемого пласта, и расширяет возможности определение этих же параметров работы скважины при оборудовании ее длинноходовым цепным приводом (ПЦ).The installation allows for simultaneous and separate operation of two layers with a sucker rod pump to significantly reduce the amount of work performed in the well when determining the flow rate and water cut of each operating formation, and expands the possibilities for determining the same parameters of the well when equipped with its long-stroke chain drive (PC).

Claims

A sucker rod pump unit for simultaneous and separate operation of two layers, including an elevator pipe string, a packer, a liner and a sucker rod pump with a side hole in the cylinder dividing this cylinder into two parts proportional to the capacities of the respective layers located in the casing above the two-channel adapter, in one of the channels of which an additional suction valve is placed with an exit to the gap between the casing and the cylinder, and the second channel is in communication with the inlet of the sucker rod pump, the inputs of the first and second channels are puppies with nadpakerny space of the well and the shank or vice versa, characterized in that the sucker rod pump is made plug-in with an extended lower cuff mount and anchor shoe in communication with the output of the two-channel adapter, the gap between the cylinder and the casing above the side bore of the cylinder is sealed by a sealing coil with cuffs and a locking element , which is connected with an upper end to an adjusting nozzle equipped at the junction with a column of elevator pipes with an inverted anchor shoe of mechanical fastening the pump, and the upper part of the cylinder is equipped with an inverted lock of the corresponding upper mechanical fastening, and the upper surface of the sealing ring of the anchor shoe is located below the end of the spring of the inverted lock at a distance equal from the side hole of the cylinder to the middle of the locking element of the sealing coil, while the pump cylinder is on the outside above and below the side opening within the location of the sealing coil has a sanded surface.