RU2598673C1

RU2598673C1 - Device for reducing gas pressure in annular space of pumping wells

Info

Publication number: RU2598673C1
Application number: RU2015129326/03A
Authority: RU
Inventors: Камил Рахматуллович Уразаков; Нафиса Артуровна Шайбакова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "РН-УфаНИПИнефть" (ООО "РН-УфаНИПИнефть")
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2016-09-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to oil industry, in particular to jet pumps and can be used for annular gas bypassing in discharge line in oil production with high pressure of oil saturation with gas in wells operated by submersible pump units. Device includes check valve installed on line connecting annular space of well with its delivery line, and its operation control unit made in form of a jet device installed in delivery line of well equipped with heating system in form of a heat pump. Heat pump is a coolant-filled inner circuit consisting of pipe-connected compressor, heat exchanger and expander, and evaporator, and hydraulic agent-filled external circuit consisting of pipes laid in soil in borehole below freezing depth and laid through evaporator of internal circuit. Heat exchanger is a hollow cylinder, on walls of which there are channels for passage of freon, maximally close to external surface of delivery line, in close proximity to jet apparatus.

EFFECT: high efficiency of production wells at subzero ambient temperatures.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике нефтедобывающей промышленности, в частности к струйным насосам, и может быть применено для перепуска затрубного газа в выкидную линию при добыче нефти с высоким давлением насыщения нефти газом в скважинах, эксплуатируемых погружными насосными установками.The invention relates to techniques for the oil industry, in particular to jet pumps, and can be used to transfer annular gas into the flow line for oil production with high gas saturation pressures of oil in wells operated by submersible pumping units.

Известно устройство (Патент РФ №2305171 E21B 34/06, опубл. 27.08.2007) для перепуска затрубного газа, содержащее обратный клапан и гидравлический канал, расположенное в затрубном пространстве над уровнем скважинной жидкости.A device is known (RF Patent No. 2305171 E21B 34/06, published on 08.27.2007) for annular gas bypass, containing a check valve and a hydraulic channel located in the annulus above the level of the well fluid.

Недостатком данного устройства является то, что перепуск затрубного газа происходит в подземной части насосной установки, что вызывает сложности при обслуживании и контроле работы.The disadvantage of this device is that annular gas bypass occurs in the underground part of the pumping unit, which causes difficulties in servicing and monitoring work.

Наиболее близким по назначению и совокупности признаков (прототипом) является автоматическое клапанное устройство, состоящее из обратного клапана и устройства управления его работой, выполненного в виде поршня и корпуса. Поршень связан с выкидной линией при помощи двух концентрично установленных под ним гофрированных трубок и толкателя. В стенках корпуса имеются клиновидные толкатели с пружинами. Обратный клапан соединен с выкидной линией посредством гидравлического канала (Авт. свид. СССР №625021, E21B 33/03, опубл. 25.09.1978).The closest in purpose and combination of features (prototype) is an automatic valve device, consisting of a check valve and a device for controlling its operation, made in the form of a piston and a housing. The piston is connected to the discharge line by means of two corrugated tubes and a pusher concentrically mounted under it. In the walls of the housing there are wedge-shaped pushers with springs. The non-return valve is connected to the flow line by means of a hydraulic channel (Aut. St. USSR No. 625021, E21B 33/03, publ. 09/25/1978).

Недостатком известного устройства является то, что оно не функционирует в условиях низких температур вследствие замерзания обратного клапана, расположенного на выкидной линии, а также замерзания гофрированных трубок, которое может привести к их разрыву и нарушению герметичности устройства для управления работой обратного клапана, кроме того данное устройство имеет сложную конструкцию и для его срабатывания давление затрубного газа должно прикрыть поперечное сечение выкидной линии, что вызывает запаздывание перепуска газа.A disadvantage of the known device is that it does not function at low temperatures due to freezing of the check valve located on the flow line, as well as freezing of corrugated tubes, which can lead to rupture and impermeability of the device for controlling the operation of the check valve, in addition, this device has a complex structure and for its operation, the annular gas pressure must cover the cross section of the flow line, which causes a delay in gas bypass.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы добывающих скважин при отрицательных температурах окружающей среды за счет своевременного осуществления перепуска затрубного газа в выкидную линию.The objective of the invention is to increase the efficiency of production wells at negative ambient temperatures due to the timely implementation of the bypass annulus gas in the flow line.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для снижения давления газа в затрубном пространстве насосных скважин, включающем обратный клапан, установленный на линии, соединяющей затрубное пространство скважины с ее выкидной линией и узел управления его работой, согласно изобретению, узел управления работой обратного клапана выполнен в виде струйного аппарата, установленного в выкидной линии скважины, снабженного системой обогрева в виде теплового насоса. Кроме того, тепловой насос системы обогрева струйного аппарата представляет собой заполненный хладагентом внутренний контур, состоящий из соединенных трубками компрессора, теплообменника, расширителя, и испарителя, и заполненный гидравлическим агентом внешний контур, состоящий из труб, уложенных в грунт ниже глубины промерзания и проложенных через испаритель внутреннего контура. Кроме того, теплообменник представляет собой полый цилиндр, по стенкам которого размещены каналы для прохода фреона, предельно близко расположенные к наружной поверхности выкидной линии, в непосредственной близости к струйному аппарату.The problem is solved in that in the device for reducing gas pressure in the annular space of pump wells, including a check valve installed on a line connecting the annular space of the well with its flow line and the control unit for its operation, according to the invention, the control unit for the operation of the check valve is made in the form of an inkjet apparatus installed in the flow line of a well equipped with a heating system in the form of a heat pump. In addition, the heat pump of the jet heating system is an internal circuit filled with refrigerant, consisting of pipes connected by a compressor, heat exchanger, expander, and evaporator, and an external circuit filled with a hydraulic agent, consisting of pipes laid in the ground below the freezing depth and laid through the evaporator internal contour. In addition, the heat exchanger is a hollow cylinder, along the walls of which there are channels for the passage of freon, extremely close to the outer surface of the flow line, in close proximity to the jet apparatus.

Схема устройства для снижения давления газа в затрубном пространстве насосных скважин представлена на фиг. 1. Схема теплообменника на фиг. 2.A diagram of a device for reducing gas pressure in the annulus of pump wells is shown in FIG. 1. The heat exchanger circuit of FIG. 2.

Устройство для снижения давления в затрубном пространстве содержит обратный клапан 1, установленный в гидравлическом канале 2, соединяющем затрубное пространство 3 скважины 4 с ее выкидной линией 5 со скважинной жидкостью 16, и узел управления работой обратного клапана.A device for reducing pressure in the annulus includes a check valve 1 mounted in a hydraulic channel 2 connecting the annulus 3 of the borehole 4 with its flow line 5 to the borehole fluid 16, and a check valve operation control unit.

Узел управления работой обратного клапана представляет собой струйный аппарат 6, установленный в выкидной линии 5, снабженный системой обогрева в виде теплообменника 14 с каналами 15.The control unit of the check valve is an inkjet apparatus 6 installed in the flow line 5, equipped with a heating system in the form of a heat exchanger 14 with channels 15.

Тепловой насос 9 системы обогрева струйного аппарата 6 представляет собой заполненный гидравлическим агентом 8 внешний контур, состоящий из труб, уложенных в шурфе 7, пробуренном в грунте ниже глубины промерзания, и проложенных через испаритель 10 внутреннего контура, и заполненный хладагентом 13 внутренний контур, состоящий из соединенных трубками компрессора 11, каналов 15, расширителя 12, и испарителя 10.The heat pump 9 of the heating system of the jet apparatus 6 is an external circuit filled with hydraulic agent 8, consisting of pipes laid in a pit 7 drilled in the ground below the freezing depth and laid through the internal circuit evaporator 10, and an internal circuit filled with refrigerant 13, consisting of connected by tubes of the compressor 11, channels 15, expander 12, and the evaporator 10.

Теплообменный аппарат 14 представляет собой полый цилиндр, по стенкам которого размещены каналы 15 для прохода фреона, предельно близко расположенные к наружной поверхности выкидной линии 5, в непосредственной близости к струйному аппарату 6.The heat exchanger 14 is a hollow cylinder, along the walls of which there are channels 15 for the passage of freon, extremely close to the outer surface of the flow line 5, in close proximity to the jet device 6.

По наружной поверхности упомянутый цилиндр покрыт теплоизолирующим материалом 17. Поперечные сечения каналов 15 представляют собой полукруг.On the outer surface of the said cylinder is covered with a heat-insulating material 17. The cross sections of the channels 15 are a semicircle.

Заявленное устройство для снижения давления газа в затрубном пространстве работает следующим образом.The claimed device for reducing gas pressure in the annulus works as follows.

Во время добычи на приеме насоса происходит дегазация нефти. Часть газа из скважины 4 попадает на прием насоса и по НКТ попадает в выкидную линию 5, а другая часть попадает в затрубное пространство 3 и накапливается над динамическим уровнем, повышая давление газа. В процессе работы струйного аппарата 6 за счет прохождения скважинной жидкости 16 происходит снижение давления жидкости, при этом открывается обратный клапан 1 и перепускает газ через гидравлический канал 2 из затрубного пространства 3 в выкидную линию 5, снижая давление в затрубном пространстве.During extraction, oil degassing occurs at the pump inlet. Part of the gas from the well 4 enters the pump intake and through the tubing enters the flow line 5, and the other part enters the annulus 3 and accumulates above the dynamic level, increasing the gas pressure. During the operation of the jet apparatus 6 due to the passage of the borehole fluid 16, the fluid pressure decreases, the check valve 1 opens and passes the gas through the hydraulic channel 2 from the annulus 3 into the flow line 5, reducing the pressure in the annulus.

Гидравлический агент 8 в трубах внешнего контура, уложенных в грунт ниже глубины промерзания, собирает тепло и передает его при прохождении через испаритель 10 теплового насоса 9 хладагенту, циркулирующему по трубкам 13 внутреннего контура. В испарителе 10 жидкий хладагент (фреон), имеющий низкую точку кипения, испаряясь (превращаясь в пар), отбирает тепло у гидравлического агента 8. При работе компрессора 11 давление испарившегося хладагента увеличивается, следовательно, повышается и температура. Затем тепловая энергия передается через трубки 15 теплообменника 14, отдавая тепло струйному аппарату 6, охлаждаясь, поступает по трубкам внутреннего контур в дроссель 12.The hydraulic agent 8 in the pipes of the external circuit, laid in the soil below the freezing depth, collects heat and transfers it when passing through the evaporator 10 of the heat pump 9 to the refrigerant circulating through the pipes 13 of the internal circuit. In the evaporator 10, a liquid refrigerant (freon) having a low boiling point, evaporating (turning into steam), removes heat from the hydraulic agent 8. When the compressor 11 is operating, the pressure of the evaporated refrigerant increases, therefore, the temperature also rises. Then thermal energy is transmitted through the tubes 15 of the heat exchanger 14, giving heat to the jet apparatus 6, cooling, enters through the tubes of the internal circuit into the inductor 12.

Далее за счет снижения давления в расширителе 12 охлажденный фреон конденсируется, переходит в жидкое состояние, поступает в испаритель 10 теплового насоса 9, и цикл обогрева повторяется заново.Further, by reducing the pressure in the expander 12, the cooled freon condenses, passes into a liquid state, enters the evaporator 10 of the heat pump 9, and the heating cycle is repeated again.

Использование данного устройства для перепуска затрубного газа в выкидную линию позволяет снизить давление газа в затрубном пространстве скважин, позволяя повысить уровень пластовой жидкости над погружным насосом, увеличить дебит скважины, избежать образования гидратных пробок в затрубном пространстве за счет снижения давления газа в затрубном пространстве.Using this device to transfer annular gas into the flow line allows reducing gas pressure in the annulus of wells, increasing the level of formation fluid above the submersible pump, increasing the flow rate of the well, and avoiding the formation of hydrate plugs in the annulus by reducing the gas pressure in the annulus.

В качестве источника тепла предлагается использовать природные источники низкотемпературного тепла, а именно, тепло грунта. Грунт имеет преимущество над остальными источниками - относительно стабильную температуру в течение года. Электроэнергия, потребляемая тепловым насосом, тратится только на перемещение фреона по системе с помощью компрессора. Данная система обогрева, с помощью теплового насоса, экологически безопасная, она позволит избежать замерзания обратного клапана, выкидной линии, снизить давление газа в затрубном пространстве скважин и, в конечном счете, повысить эффективность работы добывающих скважин.It is proposed to use natural sources of low-temperature heat as a heat source, namely, soil heat. Soil has an advantage over other sources - a relatively stable temperature throughout the year. The electric energy consumed by the heat pump is spent only on moving freon through the system using a compressor. This heating system, using a heat pump, is environmentally friendly, it will help to avoid freezing of the check valve, flow line, reduce gas pressure in the annulus of the wells and, ultimately, increase the efficiency of production wells.

Claims

1. A device for reducing gas pressure in the annular space of pumping wells, including a check valve installed on the line connecting the annular space of the well with its flow line and the control unit of its operation, characterized in that the control unit of the check valve is made in the form of an inkjet apparatus, installed in the flow line of the well, equipped with a heating system in the form of a heat pump.

2. The device according to claim 1, characterized in that the heat pump of the heating system of the inkjet apparatus is an internal circuit filled with refrigerant, consisting of pipes connected by a compressor, heat exchanger, expander, and evaporator, and an external circuit filled with a hydraulic agent, consisting of pipes laid into the soil below the freezing depth and laid through the internal circuit evaporator.

3. The device according to claim 2, characterized in that the heat exchanger is a hollow cylinder, along the walls of which are channels for the passage of freon, extremely close to the outer surface of the flow line, in close proximity to the inkjet apparatus.