RU2706415C1

RU2706415C1 - Device for exploitation well

Info

Publication number: RU2706415C1
Application number: RU2018126139A
Authority: RU
Inventors: Азат Альбертович Нургалиев; Сергей Михайлович Губеров; Салават Тагирович Фатхуллин; Рамиль Фаритович Бикчурин
Original assignee: Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2019-11-18

Abstract

FIELD: oil and gas industry.SUBSTANCE: invention relates to oil industry and can be used in operation of well with large inclination of production string. Proposed device comprises tubing, pump, valve and filter. According to the invention, the valve used is a valve with an urged shut-off element in the form of radially located balls, and filter used is filter in form of pipe, plugged with spherical plug on one side, with alternatively arranged holes of radial conical shape of smaller and larger diameter, facing inside filter.EFFECT: technical result consists in improvement of operating reliability of well with high inclination angle.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважины с большим углом наклона эксплуатационной колонны.The invention relates to the oil industry and can be used in the operation of a well with a large angle of inclination of the production string.

Известна компоновка скважины, в которой применен скважинный фильтр, состоящий из перфорированной трубы, в которой фильтрующие отверстия выполнены трапецеидальными по форме или с усеченным конусом в насадках, закрепленных на наружной поверхности перфорированной трубы, причем нижнее основания фильтрующих отверстий насадок направлены внутрь трубы и совмещены с ее отверстиями, а высота насадок не выступает за габариты муфты фильтра (патент РФ №2096589, опубл. 1997.11.20).A well-known arrangement of the well, in which a well filter is used, consisting of a perforated pipe, in which the filter holes are trapezoidal in shape or with a truncated cone in the nozzles, mounted on the outer surface of the perforated pipe, the lower base of the filtering holes of the nozzles directed into the pipe and aligned with it holes, and the height of the nozzles does not protrude beyond the dimensions of the filter sleeve (RF patent No. 2096589, publ. 1997.11.20).

Недостатком известного технического решения является уменьшение диаметра перфорированной трубы за счет наружных насадок и за счет этого снижение пропускной способности фильтра, ограничение по длине фильтра из-за закрепленных на наружной поверхности перфорированной трубы выступающих насадок, что увеличивает вероятность возникновения аварии на скважинах с большим углом наклона эксплуатационной колонны.A disadvantage of the known technical solution is to reduce the diameter of the perforated pipe due to external nozzles and thereby reduce the filter capacity, the filter is limited in length due to protruding nozzles fixed to the outer surface of the perforated pipe, which increases the likelihood of an accident in wells with a large inclination angle the columns.

Известен клапан обратный, содержащий корпус с проходным каналом, в котором размещены клетка, седло и взаимодействующий с седлом запорный орган с направляющей, посадочной и хвостовой частью. Запорный орган выполнен в виде двух, соединенных между собой шаров. Нижний шар - перекрывающий клапан выполнен из упругого полимерного токонепроводящего материала для взаимодействия с соответствующей поверхностью седла. Седло выполнено внутри упругой полимерной токонепроводящей клетки с боковыми ребрами и каналами между ними для протока перекачиваемой среды. Верхний шар - балластный выполнен металлическим или полимерным и воздействует своим весом на перекрывающий шар для преодоления сопротивления вязкой жидкости при закрытии клапана. Балластный металлический шар выполнен с зазором относительно внутреннего диаметра упругой полимерной токонепроводящей клетки, (патент РФ №2317461, опубл. 2008.02.20).A non-return valve is known, comprising a housing with a passage channel in which a cage, a saddle and a locking member interacting with the saddle are located with a guide, a landing and a tail. The locking body is made in the form of two interconnected balls. The lower ball - the shutoff valve is made of an elastic polymer conductive material for interaction with the corresponding surface of the seat. The saddle is made inside an elastic polymer current-conducting cell with side ribs and channels between them for the flow of the pumped medium. The upper ball - ballast is made of metal or polymer and acts with its weight on the blocking ball to overcome the resistance of a viscous fluid when closing the valve. The ballast metal ball is made with a gap relative to the inner diameter of the elastic polymer conductive cells, (RF patent No. 2317461, publ. 2008.02.20).

Недостатками данного клапана являются сложность в изготовлении, ограничение в использовании на скважинах с большим углом наклона из-за подвисания запорного органа.The disadvantages of this valve are the difficulty in manufacturing, the restriction of use in wells with a large angle of inclination due to the suspension of the shut-off element.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является скважинный штанговый насос, который состоит из насоса, соединенного с колонной насосно-компрессорных труб, клапана с системой поджатия к седлу, и фильтр (патент РФ №2173381, опубл. 2001.09.10 - прототип).Closest to the proposed invention by technical essence is a borehole sucker rod pump, which consists of a pump connected to a tubing string, a valve with a preload system to the seat, and a filter (RF patent No. 2173381, publ. 2001.09.10 - prototype).

Известная компоновка не позволяет надежно эксплуатировать скважины с большим углом наклона из-за неравномерного заполнения жидкостью фильтра и хвостовика и влияния газа на работу насоса. Кроме того, конструкция подпружиненного клапана не обеспечивает надежную работу насоса при размещении в скважине с большим углом наклона.The known arrangement does not allow reliable operation of wells with a large angle of inclination due to uneven filling of the filter and liner with liquid and the effect of gas on the pump. In addition, the design of the spring-loaded valve does not ensure reliable operation of the pump when placed in a well with a large angle of inclination.

В предложенном изобретении решается задача повышения надежности эксплуатации скважины с большим углом наклона.The proposed invention solves the problem of increasing the reliability of the operation of the well with a large angle of inclination.

Задача решается тем, что в устройстве для эксплуатации скважины, включающем колонну насосно-компрессорных труб, насос, клапан и фильтр, согласно изобретению, в качестве клапана использован запорный орган с нижним шаром и поджимающими верхними шарами, радиально расположенных по окружности, а в качестве фильтра применен фильтр в виде трубы, заглушенной сферической заглушкой с одной стороны, с отверстиями радиальной конической формы.The problem is solved in that in a device for operating a well, including a tubing string, pump, valve and filter, according to the invention, a shut-off element with a lower ball and pressing upper balls radially spaced around the circumference is used as a valve, and as a filter a filter is applied in the form of a pipe plugged with a spherical plug on one side, with holes of a radial conical shape.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Эксплуатация скважин глубинными штанговыми насосами является самым распространенным способом механизированной эксплуатации скважин. Определяющими параметрами при выборе типоразмера насоса являются глубина залегания продуктивного пласта, дебит и ожидаемый отбор жидкости из скважины при оптимально допустимом забойном давлении и установившемся технологическом режиме.Operation of wells with deep-well sucker-rod pumps is the most common method of mechanized well operation. The determining parameters when choosing a pump size are the depth of the reservoir, flow rate and the expected fluid withdrawal from the well at the optimum allowable bottom-hole pressure and the established technological mode.

При этом компоновка глубиннонасосного оборудования является стандартной (снизу вверх): фильтр, изготовленный из патрубка длиной 70-100 см со стандартными радиальными отверстиями диаметром 8-10 мм, хвостовик из 1-2 насосно-компрессорной трубы (НКТ), цилиндр насоса (если вставного исполнения, только якорный башмак, а цилиндр с плунжером на штангах), колонна НКТ. Внутри колонны НКТ спускается плунжер насоса на штангах. Существующие типоразмеры насосов позволяют производить отбор жидкости при угле наклона эксплуатационной колонны скважины и спускаемых НКТ до 42 градусов. При угле наклона более 42 градусов происходит зависание и выпадение шарика из седла в клапанах насоса, в связи с чем возникают утечки жидкости в клапанных парах насоса и скважина не дает в полном объеме продукцию. При больших утечках жидкости через клапанные узлы насоса происходит "срыв подачи" и выход насоса из строя и скважина ожидает подземный ремонт. Применение подпружиненных шариков в клапанах далеко не всегда приводит к устранению утечек через клапан.At the same time, the layout of the deep pump equipment is standard (from bottom to top): a filter made of a pipe length of 70-100 cm with standard radial holes with a diameter of 8-10 mm, a shank of 1-2 tubing, tubing (if inserted execution, only the anchor shoe, and the cylinder with a plunger on the rods), tubing string. Inside the tubing string, a pump plunger descends on the rods. Existing pump sizes allow fluid sampling at an angle of inclination of the production casing of the well and lowered tubing to 42 degrees. At an angle of inclination of more than 42 degrees, the ball hangs and falls out of the saddle in the pump valves, and therefore fluid leaks occur in the valve couples of the pump and the well does not give the full amount of production. In case of large fluid leaks through the valve assemblies of the pump, a “feed failure” occurs and the pump fails and the well awaits underground repair. The use of spring-loaded balls in valves does not always lead to the elimination of leaks through the valve.

В предложенном изобретении решается задача надежной и эффективной эксплуатации насосов в скважинах с большими углами наклона на оптимальных режимах за счет исключения влияния газа из-за неравномерного поступления жидкости в хвостовик НКТ на работу насоса, поддержание постоянного динамического уровня в скважине, увеличение срока службы фильтра и межремонтного периода работы скважины (МРП), увеличение добычи жидкости (нефти).The proposed invention solves the problem of reliable and efficient operation of pumps in wells with large angles of inclination at optimal conditions by eliminating the influence of gas due to uneven flow of liquid into the tubing shank on the pump, maintaining a constant dynamic level in the well, increasing the filter and overhaul life the period of operation of the well (MCI), an increase in the production of fluid (oil).

Задача решается тем, что в компоновку глубиннонасосного оборудования с штанговым глубинным насосом вводят усовершенствованный фильтр, установленный на конце хвостовика НКТ и клапан с поджимаемым запорным органом, состоящим из нижнего шара и поджимающих верхних шаров, радиально расположенных по окружности.The problem is solved in that an advanced filter installed at the end of the tubing shank and a valve with a compressible locking member consisting of a lower ball and pressing upper balls radially spaced around the circumference are introduced into the layout of the deep-pumping equipment with a sucker rod pump.

Общий вид устройства для эксплуатации скважины представлен на фиг. 1.A general view of a device for operating a well is shown in FIG. one.

На фиг. 1 в скважине 1 с горизонтальным стволом 2 размещена колонна НКТ 3 с глубинным насосом 4, колонной штанг 5, соединенными на поверхности со станком-качалкой 6. Снизу к насосу 4 присоединен хвостовик 7, на конце которого закреплен клапан с поджимаемым запорным органом 8 и фильтр 9.In FIG. 1, a tubing string 3 with a deep pump 4, a rod string 5 connected to the surface with a rocking machine 6 is placed in the well 1 with a horizontal wellbore 2. A liner 7 is attached to the pump 4 from the bottom, and a valve with a compressible shut-off element 8 and a filter are attached to its end nine.

Клапан с поджимаемым запорным органом 8 представлен на фиг. 2.A valve with a compressible locking member 8 is shown in FIG. 2.

Клапан состоит из 2-х основных частей: верхней части корпуса клапана 10 и нижней части корпуса клапана 11, разделенных разделительным кольцом 12. К нижней части корпуса клапана 11 плотно прилегает седло клапана 13 с отверстием для жидкости и ограничительное седло клапана 14 с радиально расположенными коническими прорезями 15 для жидкости. С нижней части корпуса клапана 11 имеется метрическая внутренняя резьба под фильтр 9. В верхней части корпуса клапана 10 имеются проходные отверстия 16 для жидкости, расположенные радиально от ограничителя 17. Проходные отверстия 16 верхней части корпуса клапана 10 перекрываются тремя шарами 18, расположенными радиально по отношению к ограничителю 17, для ограничения движения шаров по окружности служит разделительное кольцо 12. Между трех шаров 18 и седлом клапана 13 имеется приемный шар 19, находящийся в ограничительном седле клапана 14 и открывающий проход для жидкости, поступающей из фильтра 9. Проходное сечение седла клапана 13 увеличено по сравнению с проходным сечением стандартного клапана более чем на 30%. Сверху верхней части корпуса клапана 10 имеется внутренняя метрическая резьба для соединения с хвостовиком 7 (фиг. 1).The valve consists of 2 main parts: the upper part of the valve body 10 and the lower part of the valve body 11, separated by a spacer ring 12. The valve seat 13 with a fluid hole and the restrictive valve seat 14 with radially arranged conical fit tightly to the lower part of the valve body 11 slots 15 for fluid. From the bottom of the valve body 11 there is a metric internal thread for the filter 9. In the upper part of the valve body 10 there are liquid passage holes 16 located radially from the stopper 17. The passage holes 16 of the upper part of the valve body 10 are blocked by three balls 18 located radially in relation to to the limiter 17, to limit the movement of the balls around the circumference, there is a dividing ring 12. Between the three balls 18 and the valve seat 13 there is a receiving ball 19 located in the restrictive seat of the valve 14 and opening th passage for fluid coming from filter 9. The bore of the valve seat 13 has been increased by more than 30% compared to the bore of a standard valve. On top of the upper part of the valve body 10 there is an internal metric thread for connection with the shank 7 (Fig. 1).

В отличие от обычной клапанной пары (шарика с седлом), в данном клапане приемный шар 19 поджимается за счет собственного веса тремя шарами 18, расположенными радиально по окружности. Благодаря разделительному кольцу 12 и ограничителю 17 клапан с поджимаемым запорным органом может работать при значительных больших наклонах, чем шариковые стандартные клапаны (шарик - седло). В поджимаемом клапане контактные нагрузки на уплотнительной поверхности снижены почти в 2 раза по сравнению с нагрузками в шариковом клапане того же размера и разгрузка основной уплотнительной поверхности осуществлена за счет дополнительной опорной поверхности.Unlike a conventional valve pair (ball with a seat), in this valve, the receiving ball 19 is compressed due to its own weight with three balls 18 located radially around the circumference. Thanks to the dividing ring 12 and the restrictor 17, the valve with a compressible locking element can operate at significantly greater inclinations than standard ball valves (ball-seat). In a compressible valve, contact loads on the sealing surface are reduced by almost 2 times compared with loads in a ball valve of the same size and the main sealing surface is unloaded due to an additional supporting surface.

Фильтр 9 представлен на фиг. 3.Filter 9 is shown in FIG. 3.

Фильтр 9 изготовлен из НКТ 20 длиной 8-10 м, заглушенной сферической заглушкой 21 с одной стороны и с другой стороны нарезанной наружной резьбой 22 под нижнюю часть корпуса клапана 11. Отверстия 23 для прохода скважинной жидкости выполнены радиальной конической формы, обращены меньшим диаметром конуса внутрь фильтра, имеют наружный диаметр 80-100 мм и внутренний диаметр 40-60 мм при толщине стенки 5,5 - 9,0 мм. Возможно поочередное чередование отверстий 23, обращенных меньшим и большим диаметром внутрь фильтра.The filter 9 is made of tubing 20 with a length of 8-10 m, muffled by a spherical plug 21 on one side and on the other hand by a cut external thread 22 under the lower part of the valve body 11. The holes 23 for the passage of the borehole fluid are made of a radial conical shape, facing a smaller diameter of the cone inward filters, have an outer diameter of 80-100 mm and an inner diameter of 40-60 mm with a wall thickness of 5.5 - 9.0 mm. It is possible to alternate the holes 23 facing a smaller and a larger diameter inside the filter.

За счет увеличения размера входных отверстий 23 снаружи фильтра 9 и уменьшения размера входных отверстий 23 внутри фильтра предотвращается попадание окалины с НКТ и механических примесей, при этом увеличивается пропускная способность данного фильтра по сравнению с фильтром с обычными отверстиями. Тем, самым разница в диаметре входного и выходного размера отверстий создает перепад давления снаружи и внутри фильтра, что создает эффект "штуцирования" и дополнительную защиту от попадания внутрь фильтра абразива и механических примесей.By increasing the size of the inlet openings 23 outside the filter 9 and reducing the size of the inlet openings 23 inside the filter, the ingress of scale from the tubing and mechanical impurities is prevented, while the throughput of this filter increases compared to a filter with conventional openings. Thus, the difference in the diameter of the inlet and outlet openings creates a pressure drop outside and inside the filter, which creates the effect of "fitting" and additional protection against the ingress of abrasive and mechanical impurities into the filter.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При движении плунжера (не показан) насоса 4 вверх за счет создания вакуума в приемной части насоса открывается клапан с поджимаемым запорным органом 8, находящийся в хвостовике 7 насоса 4. Скважинная жидкость поступает через радиальные отверстия 23 фильтра 9 в проходное отверстие седло клапана 13, радиально расположенные конические прорези 15 ограничительного седла клапана 14 нижней части корпуса клапана 11, в верхнюю часть корпуса клапана 10. При этом шары 18 движутся по окружности и открывают проходные отверстия 16 для движения жидкости в хвостовик 7 НКТ 3 и далее к насосу 4.When the plunger (not shown) of the pump 4 moves upward by creating a vacuum in the pump receiving part, a valve opens with a clamping shut-off element 8 located in the shank 7 of the pump 4. The well fluid flows through the radial holes 23 of the filter 9 into the passage through the valve seat 13, radially the conical slots 15 of the restrictive seat of the valve 14 of the lower part of the valve body 11, to the upper part of the valve body 10. In this case, the balls 18 move in a circle and open the passage openings 16 for the fluid to move in the tails ik 7 tubing 3 and on to pump 4.

При движении плунжера вниз (не показан) насоса 4 за счет давления столба жидкости и собственного веса шары 17 движутся по окружности, закрывая проходные отверстия 16, тем самым создавая дополнительное усилие и поджимая приемный шар 18, который плотно садится в седло клапана 13. Ограничительное седло клапана 14 дополнительно поддерживает и ограничивает приемный шар 19 при поджатии.When the plunger moves downward (not shown) of the pump 4 due to the pressure of the liquid column and its own weight, the balls 17 move in a circle, closing the passage openings 16, thereby creating additional force and pressing the receiving ball 18, which fits tightly into the valve seat 13. Limit seat valve 14 further supports and limits the receiving ball 19 during preloading.

За счет применения разделительного кольца 12 с ограничителем 17, шары 18, двигаются строго по радиальной окружности, поджимая приемный шар 19 и открывая (закрывая) проходные отверстия 16 в зависимости от движения плунжера, тем самым работа клапанной пары (шарика 19 и седла 13) не зависит от угла наклона эксплуатационной колонны скважины (кривизны скважины) и позволяет его использовать при угле наклона свыше 42 градусов и в открытом стволе на "горизонтальных" скважинах с углом наклона 90 градусов. Это позволяет поддерживать уровень жидкости в хвостовике и исключить образование "газовой шапки".Due to the use of the separation ring 12 with the stopper 17, the balls 18 move strictly along the radial circumference, pressing the receiving ball 19 and opening (closing) the passage holes 16 depending on the movement of the plunger, thereby the valve pair (ball 19 and seat 13) does not work depends on the angle of inclination of the production casing of the well (the curvature of the well) and allows it to be used at an angle of inclination of more than 42 degrees and in an open hole in "horizontal" wells with an angle of inclination of 90 degrees. This allows you to maintain the fluid level in the liner and to prevent the formation of a "gas cap".

Использование предложенного устройства позволит:Using the proposed device will allow:

- производить отбор жидкости из скважин с большим углом наклона при оптимально допустимом забойном давлении и установившемся технологическом режиме;- to carry out the selection of fluid from wells with a large angle of inclination at the optimum allowable bottom-hole pressure and the established technological mode;

- предотвратить образование "газовой шапки" и влияние газа на работу насоса;- prevent the formation of a "gas cap" and the influence of gas on the pump;

- поддерживать постоянный динамический уровень в скважине;- maintain a constant dynamic level in the well;

- производить отбор жидкости в полном объеме;- make the selection of fluid in full;

- исключить "срыв" подачи насосом;- eliminate the "stall" of the pump;

- увеличить срок службы фильтра за счет конструктивных особенностей и увеличить межремонтный период скважины;- increase the filter service life due to design features and increase the well overhaul period;

- сократить затраты на проведение подземных ремонтов;- reduce the cost of underground repairs;

- увеличить добычу жидкости (нефти).- increase the production of liquid (oil).

Claims

A device for operating a well, including a tubing string, pump, valve and filter, characterized in that the valve used is a valve with a compressible locking member in the form of radially spaced balls, and the filter is a filter in the form of a pipe plugged with a spherical plug on the one hand, with alternately arranged holes of a radial conical shape of a smaller and a larger diameter, facing the inside of the filter.