L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Устройство для периодического газлифтного подъема жидкости из скважин
| Название | Устройство для периодического газлифтного подъема жидкости из скважин |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Хусанов И.Н., Цой Г.Н., Хусанова У.И. |
| Вид объекта патентного права | Изобретение |
| Регистрационный номер | IAP 04122 |
| Дата регистрации | 13.12.2007 |
| Правообладатель | Агентство по интеллектуальной собственности Республики Узбекистан |
| Область применения (класс МПК) | Е 21 В 43/00 |
Описание изобретения
Изобретение относится к области добычи нефти, а именно для подъема жидкости из скважин с помощью газлифта.
Известно устройство для газлифтного подъема жидкости из скважин, содержащее колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и камеру замещения (Белов И.Г. Теория и практика периодического газлифта. М.: Недра. 1975. С. 4-34).
Наиболее близким к изобретению аналогом является устройство периодического газлифтного подъема жидкости (SU 1117395), состоящее из колонны насосно- компрессорных труб, внутри которого установлен перевернутый стакан и переливной патрубок с фланцем, образующим со стаканом полость, в нижней части гидравлически связан с внутренней полостью.
Недостатком известного устройства является неполное использование подъемной энергии попутного и выделяемого из жидкости газа, приводящее к недостаточной эффективности его работы.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы устройства для периодического газлифтного подъема жидкости из скважин за счет наиболее полного использования подъемной энергии попутного и выделяемого из жидкости газа.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для периодического газлифтного подъема жидкости из скважин, содержащем колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), внутри которой установлена камера замещения в виде перевернутого стакана и переливного патрубка с фланцем. Образующим со стаканом полость, в нижней части гидравлически связанную с внутренней полостью НКТ, патрубок с фланцем установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости, при этом в верхней части патрубка установлен стопор, а в НКТ жестко закреплен упор с внутренней резьбой, в котором размещен стакан, причем на дне стакана расположены насадки в виде металлических круглых стержней со слезниковыми кольцами.
За счет выполнения патрубка с фланцем подвижным объем полости замещения внутри стакана периодически изменяется.
На фиг. 1 показано устройство для периодического газлифтного подъема жидкости, продольный разрез; на фиг. 2 –поперечное сечение; на фиг.3 – вид сверху; на фиг. 4 – патрубок в нижнем положении; фиг. 5 и 6 – насадки. Натурный образец переданного устройства показан на фиг. 7 – общий вид; на фиг. 8 – патрубок в нижнем положении; на фиг. 9 – патрубок с фланцем и упором 8 без стакана 2.
Устройство состоит из колонны 1 НКТ, стакан 2 с отверстиями 3, переливного патрубка с фланцем 4, полости 5, стопора 6, насадок 7, упора 8.
Стакан заворачивается во внутреннюю резьбу упора 8, неподвижно закрепленного в НКТ. Патрубок 4 с фланцем устанавливается по оси стакана и упора, причем патрубок представляет полый цилиндр с резьбой для закрепления во фланец. Фланец представлен в виде гайки с внутренней резьбой для крепления патрубка, а также с наружным кольцевым упором.
Для ограничения движения вниз на наружной поверхности патрубка 4 установлено несколько одинаковых стопоров 6, которые представлены как выступающие шпоны. Стакан 2 представляет собой полый цилиндр с дном. На дне стакана установлены насадки 7 в виде круглых стержней со слезниками. Патрубок 4 не соприкасаются с насадками 7 в верхнем положении.
Устройство размещают с интервалом 150-200 м в фонтанирующую скважину.
Устройство работает следующим образом.
Процесс фонтанирования нефти происходит из-за разности забойного и устьевого давления. При давлении большем давления насыщения в нефти, находящейся в пласте, будет отсутствовать парогазовая фаза, с уменьшением давления при поднятии нефти на определенную высоту из движущейся жидкости (нефти) выделяется парогазовая фаза. На некотором расстоянии в движущейся вверх жидкости образуется определенное количество парогазовой фазы. Парогазожидкостная смесь, состоящая из рабочего газа и выделенной из жидкости парогазовой фазы и самой жидкости, поднимаясь по колонне НКТ 1, проходит через переливной патрубок с фланцем 4. Парогазовая фаза, образованная за счет испарения и газа рабочего агента, движущегося в жидкости. Выделяется из нее и аккумулируется в полости 5. Парогазовая фаза, взаимодействуя с поверхностями насадок 7 стакана 2, конденсируется на них, в результате чего образуется пленка, которая стекается в виде жидкости. Происходит процесс накопления парогазовой фазы в полости 5 с одновременным фазовым переходом пара в жидкость и стекает ее в кольцевое пространство полости 5. Жидкость, истекающая из патрубка 4 и стекающая с насадок 7, выходит через отверстия 3 в колонну НКТ 1 и поднимается вверх за счет перепада давления. Когда объем парогазовой фазы в полости 5 за счет накопления газа и повышения давления достигает ниже верхнего уровня патрубка 4, поток жидкости через устройство отсекается. В отсеченной части смеси, находящейся ниже относительно устройства, продолжается естественный процесс сепарации парогазовой фазы, которая непрерывно прибывает в полость 5. Разделение фаз, в нижней относительно устройства, части замкнутой системы приводит к росту давления в этой области.
В области замещения 5 давление повышается, что обусловливает интенсификацию процесса конденсации на насадках 7. По мере повышения давления в области 5 переливной патрубок 4 опускается вниз за счет собственной силы тяжести. При достижении верхнего конца переливного патрубка 4 нижнего положения, которое регулируется стопором 6, газовая фаза залпом выбрасывается из отверстия 3 в кольцевое пространство между стаканом 2 и колонной НКТ 1, образуя газовый поршень, который поднимает нефтяной поршень вверх.
Конденсация парогазовой фазы в полости 5 сопровождается уменьшением объема занимаемой парогазовой фазой, а образовавшийся конденсат, стекая в полость между патрубком 4 и стаканом 2 увеличивает количество жидкого поршня. Уменьшение объема в полости 5 компенсируется и дополняется непрерывным поступлением парогазовой фазы из смеси, находящейся ниже относительно устройства. Эти процессы происходят за определенный промежуток времени, за это время из собранных в кольцевом пространстве между стаканом 2 и патрубком 4 жидкости выделяются остатки парогазовой компоненты и устремляются в полость 5, тем самым жидкий поршень за этот промежуток времени освобождается от остатков парогазовой фазы.
Патрубок с фланцем 4 и стопором 6 имеет подвижность возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении, причем при достижении нижней части стопора 6 упора 8 патрубок 4 устройства занимает
Самое нижнее положение в вертикальном перемещении вниз, а при соприкосновении фланца 4 с упором 8 патрубок занимает свое верхнее положение. Возвратно-поступательное движение патрубка 4 осуществляется за счет разности давлений газа в смеси, находящейся во взаимодействии с нижней поверхностью фланца.
Увеличение давления в насосно-компрессорной трубе 1 и полости 5 приводит к интенсификации процесса фазового перехода на поверхностях насадок 7 и высушиванию газовых компонент. Когда давление в устройстве и в отмеченной нижней части смеси равны, патрубок опущен в нижнее положение, а давление в устройстве превышает вышележащий относительно устройства слой жидкости, накопившийся осушенный газ в виде поршня выталкивается через отверстия 3 в колонну НКТ 1 и поднимает нефть к устью скважины.
Поднимающаяся по патрубку с фланцем 4 жидкость после выделения из нее парогазовой фазы стекает в кольцевое пространство полости 5, где накапливается вместе с жидкостью, конденсированной на насадках 7 по колонне НКТ 1 осушенный от паров газовый поршнем. Поступающим из полости 5. конденсированной на насадках 7, стекающей жидкостью из кольцевого пространства полости 5 и стекающей жидкостью вниз по стенкам колонны НКТ 1, образуя жидкостной поршень. Этот поршень проталкивает вверх по колонне НКТ 1 осушенным от паров газовым поршнем, поступающим из полости 5.
Высушивание газа за счет конденсации на насадках 7 при образовании больших давлений, способного на некоторое время отсечь поток и выдавливание газа в виде поршня, создает в скважине противодавление на пласт, обеспечивает устойчивость четочного режима на более длинное расстояние вверх по колонне НКТ 1 за счет того, что газовый поршень освобожден от конденсируемых компонентов, а жидкая четка от парогазовой фазы.
Во время газлифтного подъема жидкости из скважины происходит периодическое образование газовых четок и их выталкивание в НКТ1, что создает вибрацию потока. Продвинутая жидкая четка более инертна, чем газовая, поэтому не успевает совершить возвратное движение вниз, тогда как газ, расширяясь, подпирает нижнюю часть четки. Следующий вибрационный толчок сжимает газ и опять подталкивает жидкую четку, тем самым жидкости сообщается дополнительное количество движения, увеличивающее дебит нефти.
В наиболее близком аналоге (2) устройства, образующиеся газовые и жидкостные поршни, состоят не из чистых фаз газа и жидкости. В газовом поршне находится определенное количество пара и капель жидкости, а в жидком поршне определенное количество газовой фазы. Продвижение поршней вверх по НКТ в зависимости от гидравлических условий сопровождается фазовым переходами и относительными перемещениями фаз в каждом отдельном поршне. Эти процессы способствуют разрушению, перемешиванию газовых и жидкостных поршней и образованию эмульсионной структуры потока. Указанный недостаток приводит к увеличению количества устройств, устанавливаемых на малых друг от друга расстояниях в колонне, чтобы осуществить и сохранить поршневой режим при подъеме нефти по колонне НКТ.
В аналоге патрубок с фланцем неподвижен, в связи с чем устанавливается равновесный процесс, в котором газ и нефть истекает из патрубка, а в верхней части камеры замещения аккумулированная газовая фаза находится в неподвижном состоянии, а прибывающая газожидкостная смесь. Опускаясь выходит в НКТ и не образует или плохо образует четочно-поршневые структуры движения
В отличие от прототипа в предлагаемой конструкции устройства патрубок имеет возвратно-поступательную подвижность в вертикальном
Направлении за счет чего осуществляется изменение объема замещения, то есть увеличения объема аккумулированной парогазовой фазы последовательная остановка движения смеси и ее возобновление, то есть образование гидравлических ударов, приводящих к повышению давления в камере замещения в два и более раз. При образовании максимального объема в камере замещения верхний уровень патрубка находится на таком расстоянии, на котором нижняя часть объема камеры замещения горизонтально сообщается с НКТ, обеспечивая залповый выброс газа в НКТ.
Также в отличие от прототипа устройство снабжено насадками для исполнения новой функции, то есть ускоренное принудительное изменение агрегатного состояния парогазовой фазы.
Также отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что в прототипе может происходить только пленочная конденсация парогазовой фазы по стенкам стакана, а в новом устройстве за счет насадок и повышения давления происходит капельная конденсация. Которая гораздо более эффективна по сравнению с пленочной.
Отличительным признаком является и то, что для ускорения конденсации стекания на насадках выполнены так называемые слезниковые кольца.
Все вышеперечисленные отличительные признаки нового устройства позволяет увеличить дебит
-устройство дает гидродинамическое сопротивление и поддерживает забойное давление на оптимальном уровне, предотвращая тем самым эффект усадки и понижение подвижности нефти в порах, снижает или убирает газовый и водяной конусы. Несмотря на то, что снижается депрессия на пласт, дебит скважины по нефти возрастает за счет перераспределения фазовых потоков вблизи перфорированных отверстий и освобождения части из них от газового и водного конусов в пользу нефти;
-изменение устройством различных структур потока в четочно-поршневой режим движения приводит к уменьшению относительной скорости фаз и более эффективному использованию подъемной силы газа в транспортировании нефти по подъемной трубе;
-упругая сила газа, сжатого гидравлическим ударом в сепарационной полости устройства, при выходе из устройства, расширяясь, дает ускорение движения нефти в направлении к устью скважины;
- конденсация в сепарационной полости устройства газа и легколетучих паров компонент нефти и ее расширение по мере уменьшения давления и испарения их после выхода в НКТ приводит к проявлению дополнительной подъемной энергии, которая используется в подъеме нефти.
Осуществляемые новыми устройствами вышеприведенные принудительные, циклические гидродинамические процессы в газонефтяном потоке, движущемся в скважине без использования дополнительной внешней энергии. Увеличивают дебит нефти на 10-20%, уменьшает газовый фактор на 30% и более и продлевает фонтанный перbод эксплуатации скважин на 1-2
Года. Устройства для использования переданы УДП ”Мубарекнефтегаз”
в количестве 40 шт.
Медаль Альфреда Нобеля