Улаштування для теплової ізоляції колони насосно-компресорних труб

Изобретение относится к добыче неАтн, Цель - повышение эффективное ти теплоизоляции за счет отвода газожидкостной среды с низкой плотностью из межтрубного пространства. Для этого герметизирующая подвижная пара связана с верхней частью цилинд-, ра и плунжера верхней часги колонны насосно-комлрессорных труб и образует рабочую камеру устьевого насоса. Камера посредством обратных клапанов связана с межтрубным пространством и выкидной пинией или атмосферой, или внутрнтрубным пространством. Во всех случаях термодинамического или гидродинамического изменения параметров потока достигается регулирование гидродинамического параметра рабочего агента - температуры, значит и температуры внутренней колонны труб и, как следствие, изменение ее длины в резулыате температурной деформации. Регулирование т-ры потока теплоносителя или продукции скважины позволяет осуществить вакуумкроваиие нагнетательной системы. 5 з.п.ф~лы, 6 ил. Изобретение относится к способам добычи нефти и может быть использовано для повышения эффективности тепловой изоляции при нагнетании теплоносителей и эксплуатации нефтяных скважин. Цель изобретения - повышение эффективности теплоизоляции путем отвода гаяожидкостной среды с низкой плотностью из межтрубного пространства в верхней части оборудования,снижение материалоемкости и энергетических затрат. На фиг.1 показано оборудование для тепловой изоляции колонны насосно10-91 J компрессорных труб в исходном состоянии; на Лиг.2 - то же в момент закачки теплоносителя или отбора продукции; на фиг.З - вариант расположения клапанов устьевого насоса; на фиг. 4,5,6 представлены варианты исполнения верхней части оборудования с сальниковым уплотнением, с изменением местоположения цилиндров и клапанов рабочей камеры устьевого насоса. Оборудование для тепловой изоляции колонны НКТ (см.йиг.О включает внутреннюю колонну НКТ 1, наружную колонну НКТ 2 у центраторы 3, разме \J 1635631 ется через канал 14 между наружной щепш-іе ПА одной из колоші и обеспечиколонной НКТ 2 и цилиндром 12, клавающие их насосное (коаксиальное) распан 22 цилиндров 12,16, рабочую каме положение. В нижней части колонн ПКТ установлен насос (вакуумный).состояРУ 20, клапан 21 и канал 23 плунжещий из цилиндра 4 и плунжера 5 ? обесра 17 и далее в выкидную линию или печивающих разобщение (герметн'зацию) атмосферу 24, а также во внутритрубмежтрубного пространства 6 и продольпое пространство при применении обоное возвратно-поступательное движение рудования при фонтанном глубинио-щтан1 КОГЮ1ПІ ПКТ 1 и 2. Плунжер 5 IT ци10 говом (УСГШ) и электроцентробежном линдр 4 имеют клапаны 7 и 8, обес(УЭЦН) способах эксплуатации. печивающие отвод газожидкостной среНа фиг.1, 2 диаметр верхней сопды ї з кочьцевого межтрубного простг рягаемой пары цилиндр 16 - плунжер 17 ранства б. Плунжер 5 'герметично и больше диаметра нижней сопрягаемой жестко соединен с внутренней колонной пары цилиндр 12 - плунжер 15. МестоJ5 ПКТ 1 и имеет сквозной канал 9, а цирасположение обратных клапанов может линдр 4 жестко и герметично соединен быть различным (см.фиг.3). с наружной колонной ПКТ 2 с образоваНа фиг.4 - вариант исполнения верх* нием замкнутой кольцевой рабочей каней части оборудования, в котором меры 10, изменяющей свой объем при верхняя герметизирующая подвижная паперемещении плунжера 5 в цилиндре 4. 20 ра выполнена в виде сальника 25 и Отвод газожидкостной среды из межполированного штова 26, обратные клатрубного пространства 6 осуществляетпаны 22,21, связывающие межтрубное ся через канал 11 и клапан 7 в полом пространство 6 с выкидной линией плунжере 5, рабочую камеру 10 и клаили атмосферой 24, или внутритрубным пан 8 цилиндра в затрубиое или внут- 25 пространством, установлены в верхней ритрубное пространство. части цилиндра 12, при этом диаметр верхней герметизирующей пары 25,26 В верхней части оборудования устанасоса меньше диаметра нижней герменовлен цилиндр 12, жестко связанный тизирующей пары 12,15. с арматурой 13 межтрубного простран30 На фиг.5 - вариант исполнения * . ства и образующий с наружной колонной верхней части оборудования, в котором труб 2 канал 14, и жестко связанный вакуумный насос находится внутри нав верхней части с внутренней колонной ружной колонны ПКТ 2, устьевой арматутруб 1 плунжер 15, установленный с ры 13 межтрубного пространства и арвозможностью осевого перемещения и взаимодействия с цилиндром 12. Цилиндр 35 матуры 27 эксплуатационной колонны. 12 и плунжер 15 в верхней части снабНа фиг.5 - вариант исполнения жены жестко связанной с ними герметиверхней части оборудования, в котором зирующей подвижной парой, установленвакуумный насос находится внутри ной с возможностью образования устье-наружной колонны ИКТ 2 и устьевой Ю арматуры, всасывающий 22 и нагнетавого вакуумного насоса для откачки газожидкостіюй среды низкой плотности тельный 21 клапаны насоса расположеиз кольцевого межтрубпого пространства ны между цилиндрами 12 и 16 устьевого вакуумного насоса, рабочая камера Гсрметизируюіцая подвижная пара может быть выполнена в виде цилиндра 16 1 20 сообщена с атмосферой (или выкид5 ной линией или внутритрубным прости плунжера М (см.фигИ,2) при этом ранством) , посредством обводного каплунжеры 15 и 17 герметично и жестко нала 28. Все варианты исполнения соединены между собой посредством С верхней части оборудования могут ствола 18 и с внутренней колонной НКТ быть использованы как в нагнетатель\ с внутренним сквозным каналом 19 и ной скважине при закачке теплоноситеобразуют с цилиндрами 12, 16 замкнуля в пласт, так и в эксплуатационных тую рабочую камеру 26 устьевого васкважинах, фонтанных и оборудованных куумного пасоса, изменяющую свой установками с глубинно-штанговыми объем при перемещении плунжера 15, (СШН) и электроцеитробежными (ЭЦН) 17 в цилиндрах 12,16. Верхний плунжер насосами. 17 и ступень цилиндров 12,16 снабже- 55 ны клапанами 21 и 22. Отвод газожидкостной среды низкой плотности из межтрубного пространства осуществил Дня повышения эффективности работы оборудования при закачке теплоносителя.в пласт и при фонтанной экспл* 6 5 163563 1 ся вниз до упора в ступеньку цилиндра атацин D исходном положении при До при этом мертвое пространство вакрайнем верхнем положении плунжекуумного насоса равно нулю (или стрера нижнего насоса плунжер устьевого мится к нулю), и далее температурнасоса расположен в крайнем нижнем ная реформация обеспечивается перемеположении. щением в верхних парах цилиндр 12, Для повышения эффективности рабоплунжер 15 и цилиндр 16, плунжер 17. ты оборудования при эксплуатации Плунжери 17^15, жестко и гермескважин установками СШН н ЭЦП плунжеры верхнего и нижнего насосов уста^ тично соединенные с внутренней колонкон ИКТ 1, упираются в ступеньку циновлены в однозначном положении с возлиндров 16,12 и затем перемещаются можностью одновременного перемещевверх в цилиндрах 16,12. Объем рабония вверх или вниз совместно с внутчей камеры 20 увепичивается, давление ренней колонной. Оборудование работает следующим |$ в ней снижается и при достижении давления менее давления среды в межтруб— образом. лом пространстве 6 клапан 22 открыва-і По внутренней (нагнетательной) єтея и среда с низкой плотностью посколонне НКТ 1 нагнетают теплоноситель тупает в камеру 20. Длину внутренней в скважину (или отбирают из пласта продукцию). Нагнетательная система, 20 1 и наружной 2 колонн труб подбирают таким образом, чтобы обеспечить скважина и горные породы нагреваютупор (замыкание) дифференциального ся. Б результате температурной деплунжера 5 в ступень цилиндра 4 при формации колонны труб 1 и 2 удлиминимальной разности температур коняются. В соответствии с законом теплообмена нагнетательной системы 25 лонн 1 и 2 в цикле нагнетания теплоносителя пли отбора продукции. В этом со скважиной и горными породами темслучае гарантируется сведение мертвопература внутренней (нагнетательной) го пространства вакуумных насосов колонны труб 1 будет выше температудля отвода газожидкостной среды высоры наружной колонны труб 2, поэтому удлинение внутренней колонны труб 1 30 кой плотности в нижней части системы и для отвода среды низкой плотности будет больше, чем наружной колонны в верхней части системы, а значит глутруб 2. Масса колонны труб 1 больше, бокое вакуумирование замкнутого кольчем наружной колонны труб 2. Масса цевого межтрубного пространства 6. колонны труб 1 больше силы гидростатического давления скважикной среды на плунжер 5 и колонну труб 1, 35 поэтому температурная деформация их относительно друг друга обеспечивается вначале за счет перемещения в нижней герметизирующей паре плун4д жер 5 s тделиндр 4 дифференциального насоса. Герметично и жестко соединенный с внутренней колонной труб 1 плунжер 5 перемещается вниз относительно цилиндра 4, объем кольцевой д5 замкнутой камеры 10 (рабочей камеры) уменьшается, клапаны 7 и 8 закрыты. Газожидкостная система, находящаяся в рабочей камере 10, сжимаетея,давление ее возрастает. При превышении 50 давления газожидкостной системы в рабочей камере 10 давления в скважине клапан 8 открывается и газожидкостная среда из камеры 10 стравливается (вытесняется) в скважину (или во внут- -с реннюю колонну труб). При дальнейшем повышении температуры колонны труб 1 и дальнейшем температурном удлинении ее плунжер 5 перемещает Затем снижают термодинамические или гидродинамические параметры закачиваемого теплоносителя или отбираемой продукции. В соответствии с законом теплообмена системы со скважиной и горными породами температура внутренней (нагнетательной) колонны труб 1 снижается на большую величину, чем наружной колонны труб 2, поэтому внутренняя колонна труб 1 сокращается на существенно большую величину, чем наружная колонна труб 2. Сокращение длины колонны труб 1 приводит к движению верхней части колонны труб 1 с плунжерами 15,17 вниз, посадке плунжеров 17,15 на ступень цилиндров 16,12, затем к выборке продольно-винтового изгиба и сжатия и в последнюю очередь к движению плунжера 5 вверх относительно цилиндра 4. При перемещении плунжеров 17,15 в цилиндрах 16,12 объем рабочей камеры 20 уменьшается, давление в ней растет и при превышении давления 8 1635631 отбираемой продукции запорной или атмосферного или в выкидной линии регулирующей арматурой, установленклапан 21 открывается и сред? вытесной на устье скважины. няется из камеры 20. При этом к л а Во всех случаях термодинамичес пан 22 закрыт. При перемещении плункого или гидродинамического (расход) жера 5 вдерх относительно цилиндра 4 изменения параметров потока достиобъем рабочей камеры 10 дифференцигается регулирование термодинамичесального насоса увеличивается; давлекого параметра рабочего агента (тепние газожидкостной системы в ней снилоносителя или отбираемой продук- • жается и при его снижении до давле10 дин) - температуры, а значит и темния в кольцевом замкнутом межтрубпературы внутренней колонны труб и, . пом пространстве б клапан 7 открыкак следствие, изменение ее длины в вается, клапан 8 при этом закрыт, результате температурной деформации, и газо'хпдкостпая среда из простран~ • при этом температурной деформацией ства 6 поступает в рабочую камеру 10. Б конце хода плунжера 5 вверх клапан 15 наружной колонны пренебрегаем вследствие ее незначительности. 7 закрывается. Регулирование температуры потока теплоносителя или продукции скважи 'иы позволяет осуществлять вакуумирование нагнетательной системы. Регулирование (периодичность изменения температуры теплоносителя или отбираемой продукции) может быть установлено расчетным или опытным путем и определяется необходимой глубиной вакуумирования межтрубного про странства системы, спецификой условий применения. Перед работой оборудования может быть осуществлено предварительное вытеснение жидкости из межтрубного пространства газом путем его подачи в межтрубное пространство через канал 14 (например, инертным газом) и последующий его выпуск из межтрубного пространства. Высокие технико-экономические показатели системы обеспечиваются конструктивным выполнением с подвижными герметичными соединениями в нижней и верхней частях системы. Оборудование I обеспечивает высокое термическое Для капельного теплоносителя сопротивление теплопередаче межтруб(например, горячей или перегретой ного пространства,высокую надежность \ воды) изменение температуры в сква45 работы, предотвращение поломок и мехипе может быть достигнуто путем ханических повреждений в случае аварегулирования температуры теплоноси-* рийных ситуаций (превышения т е м п е р а теля } вырабатываемого непосредственно туры теплоносителя рабочей темперапромысловым источником - парогенературы) . тором или водогрейной установкой или путем регулирования расхода закачиваемого теплоносителя запорной или реФ о р м у л а и з о б р е т е н и я гулирующей арматурой, установленной на устье скважины. 1. Оборудование для тепловой изоляции колонны насосно-компрессорных Для эксплуатационной добывающей скважины термодинамические парамет- 55 труб по а в т . с в . № 1556161, о т л и ч а ю щ е е с я тем, ч т о , с целью ры (температура) регулируются путем < повышения эффективности теплоизоляции ' изменения гидродинамических параметза счет отвода газожидкостной соеды лпл, тле. путем изменения расхода Далее циклы повторяются. Па фиг.1,2,5,6 величина мертвого' , пространства рабочих камер верхне20 го и нижнего вакуумных насосов равна і пулю (или стремятся к нулю). На фиг.4 величина мертвого пространства рабочей камеры нижнего насоса равна нулю, а верхнего насоса всегда больше 25 пуля, что обеспечивается соответствующим подбором длин колонн IIКТ 1 и 2. Термодинамические параметры закачиваемого в скважины теплоноситепя 30 (например, влажного водяного пара) могут быть изменены путем регулирования (изменения) давления теплоносителя на устье скважины. Так как для влажного водяного пара температура 35 однозначно определяется давлением^ то со снижением давления снижается и температура. Регулирование давления пара может быть осуществлено запорной или регулирующей арматурой, 40 установленной, например, на устье скважины. 163563Г с низкой плотностью из межтрубного пространства» оно снабжено герметизирующей подвижной парой, связанной с верхней частью цилиндра и плунжера верхней части колонны и образующей _ рабочую камеру устьевого насоса, причем последняя посредством обратных клапанов связана с межтрубным пространством И ВЫКИДНОЙ ЛИНИеЙ ИЛИ ilTмосферой, или внутритрубным пространством. 2. Оборудование по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что герметизирующая подвижная пара выполнена в виде сальника и полированного штока, обратные клапаны, связываютще межтрубное пространство с выкидной линией или атмосферой, Установлены в верхней части цилиндра, при этом днаметр верхней герметизирующей пары меньше диаметра нижней герметизирую щей пары. | 0 4 . Оборудование по п . 1 , о т л ич а ю щ е е с я тем, что рабочая камера устьевого насоса сообщена с выкидной линией или атмосферой через обводной канал, а обратные клапаны установлены в ступени между цилиндрами. 5 . Оборудование по п . 1 , о т л и ч а ю щ е е с я тем, ч т о , с целью повышения эффективности его работы при закачке теплоносителя в пласт или отборе продукции из фонтанирующей сквакины, в исходном положении при крайнем верхнем положении плунжера нижнего насоса плунжер у с т ь е в о г о насоса расположен з крайнем нижнем положений. 6. Оборудование по п . 1 , о т л и ч а ю щ е е с я тем, ч т о , с целью повышения эффективности его работы при эксплуатации скважин установ3. Оборудование по п.1, о т л и Ш ч а ю щ е е с я тем, что герметизи- 23 ками С Н и Э1Ш, плунжеры верхнего рующая подвижная пара выполнена в и нижнего насосов установлены в одвиде цилиндра и плунжера, при этом нозначном положении с возможностью диаметр верхней герметизирующей пары одновременного перемещения вверх больше диаметра нижней герметизируюили вниз совместно с внутренней кощей пары. лонной . 163563J 13 Фиг.1 Фиг.2 Фиг. 3 Иі : 1535631 Фи&.б к Редактор Г.Моэжечкова Составитель Б.Родина Техред Л.Олийнык Корректор А.Обручар Заказ 1042/ДСП Тираж 210 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101