RU2493359C1 - Pump packer assembly for dual pumping of two beds - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: assembly consists of an electrical centrifugal pump mounted on a faceplate located on a flange of a production casing, lower and upper packers mounted above lower and upper beds, two well bores in the upper packer one inside the other to form two independent channels, and a valve assembly above the upper packer provided with a control element. The valve assembly comprises two control discs on a rod, a mixing chamber in between, and a disc rotation mechanism containing springs, a slide valve and a rod. The control disks comprise circumferential throttle holes of various diameters. The control element represents a hydraulic tube connecting the valve assembly with a pump discharge head.

EFFECT: more effective operation of the assembly ensured by optimising the modes of liquid sampling and using the same control element.

2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к скважинным насосным установкам для одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) двух или нескольких пластов, объединенных в два.The invention relates to oilfield equipment, in particular to downhole pumping units for simultaneous-separate operation (WEM) of two or more layers, combined in two.

Известна насосная установка для ОРЭ двух пластов в скважине, разделенных пакером, содержащая колонну лифтовых труб, кабель, хвостовик, верхний винтовой насос в верхнем кожухе, снабженном боковым входным каналом, связывающим полость винтового насоса с надпакерным пространством, и нижний электропогружной насос с электродвигателем в нижнем кожухе, снабженном узлом герметизации кабеля и сообщающимся снизу через хвостовик с подпакерным пространством, а сверху с входом электропогружного насоса, выход с которого связан через клапан и верхний кожух с лифтовой колонной (Патент РФ №2368764, Е21В 43/14, 2009).A well-known pump installation for two open reservoir formations in a well, separated by a packer, comprising a lift pipe string, a cable, a liner, an upper screw pump in an upper casing provided with a lateral inlet channel connecting the cavity of the screw pump with an over-packer space, and a lower electric submersible pump with an electric motor in the lower a casing equipped with a cable sealing assembly and communicating from below through a shank with a sub-packer space, and from above with an input of an electric submersible pump, the output of which is connected through a valve and upper with tubing casing (RF patent №2368764, E 21 B 43/14, 2009).

Недостатком насосной установки является сложность монтирования нижнего кожуха на электродвигателе. Кроме того, при откачивании из верхнего пласта жидкости со значительным количеством газовой фазы возможны трудности в работе винтового насоса.The disadvantage of the pump installation is the difficulty of mounting the lower casing on an electric motor. In addition, when pumping liquid with a significant amount of the gas phase from the upper layer, difficulties may occur in the operation of the screw pump.

Известна насосная установка для ОРЭ двух пластов в скважине, разделенных пакером, содержащая колонну лифтовых труб, кабель, хвостовик, верхний штанговый насос с полой колонной штанг, герметично соединенных с плунжером, заключенный в верхний кожух, сообщенный сверху с колонной лифтовых труб и снабженный боковым каналом для соединения приема насоса с надпакерным пространством, нижний электропогружной насос в кожухе с узлом герметизации кабеля, вход которого сообщен с подпакерным пространством через хвостовик с перепускным устройством выше пакера, а выход сообщен с верхним кожухом (Патент РФ №2291953, Е21В 43/14, 2005).A well-known pump installation for the WEM of two layers in the well, separated by a packer, containing a column of elevator pipes, a cable, a liner, an upper sucker rod pump with a hollow column of rods, hermetically connected to the plunger, enclosed in an upper casing communicated from above with a column of elevator pipes and provided with a side channel for connecting the pump intake to the packer space, the lower electric submersible pump in the casing with the cable sealing unit, the input of which is connected to the packer space through the shank with the bypass device in Chez packer, and the output in communication with the upper case (RF patent №2291953, E 21 B 43/14, 2005).

Из-за наличия штангового насоса установка имеет ограниченную глубину спуска и невысокий диапазон подач, а также не пригодна для эксплуатации в искривленных скважинах. Кроме того, значительные весогабаритные характеристики наземного оборудования вызывают неудобства, связанные с необходимостью использования подъемных устройств.Due to the presence of a sucker rod pump, the installation has a limited depth of descent and a low feed range, and is also not suitable for use in deviated wells. In addition, significant weight and size characteristics of ground equipment cause inconvenience associated with the need to use lifting devices.

Известна насосная пакерная установка для эксплуатации пластов скважины, включающая спущенные в скважину на колонне труб насос с входным модулем, два пакера, один из которых установлен выше верхнего пласта, а другой - между пластами, при этом насос выполнен с кожухом и хвостовиком и размещен выше пакера, расположенного над верхним пластом, между кожухом и пакером размещен перепускной узел в виде скважинной камеры с клапаном, или газосепаратор, или струйный эжектор для стравливания газа. Установка снабжена измерительным блоком, который может быть установлен между пакерами (Патент РФ №2296213, Е21В 43/14, 2006).Known pump packer installation for the operation of well strata, including a pump lowered into the well on a pipe string with an inlet module, two packers, one of which is installed above the upper stratum, and the other between the strata, while the pump is made with a casing and a liner and is located above the packer located above the upper layer, between the casing and the packer there is a bypass assembly in the form of a borehole chamber with a valve, or a gas separator, or a jet ejector for bleeding gas. The installation is equipped with a measuring unit, which can be installed between the packers (RF Patent No. 2296213, ЕВВ 43/14, 2006).

Недостатком такой установки является невозможность регулирования и учета добычи жидкости из разных пластов.The disadvantage of this installation is the inability to regulate and account for fluid production from different layers.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является насосная пакерная установка для одновременно-раздельной эксплуатации, спускаемая в скважину на колонне труб и включающая нижний и верхний пакеры, установленные над нижним и верхним пластами, соответственно, причем в верхнем пакере выполнены два ствола, расположенные один в другом и образующие два независимых канала, электроцентробежный насос с кабельным вводом, закрепленный на планшайбе, установленной на фланце эксплуатационной колонны, и клапанный блок (Патент РФ №85546, Е21В 43/00, 2009).The closest in technical essence to the claimed one is a pump packer installation for simultaneous and separate operation, lowered into the well on a pipe string and including lower and upper packers installed above the lower and upper layers, respectively, with two shafts located in the upper packer located one in the other and forming two independent channels, an electric centrifugal pump with a cable entry, mounted on a faceplate mounted on the flange of the production string, and a valve block (RF Patent No. 85546, E21 B 43/00, 2009).

Клапанный блок расположен над верхним пакером и содержит два клапана-отсекателя, каждый из которых образует канал для прохода жидкости, сообщенный с соответствующим независимым каналом каждого из стволов верхнего пакера, объединенных клапанным блоком. Каждый клапан-отсекатель снабжен блокиратором, соединенным с помощью управляющих элементов с планшайбой, и выполнен с хвостовиком, имеющим возможность сопряжения с блокиратором и пружинной цангой и может устанавливать блокиратор в три положения - «открыто», «перекрыто», «закрыто».The valve block is located above the upper packer and contains two shutoff valves, each of which forms a channel for the passage of fluid in communication with the corresponding independent channel of each of the trunks of the upper packer, united by the valve block. Each shut-off valve is equipped with a blocker connected by means of control elements to the faceplate and is made with a shank that can be interfaced with the blocker and spring collet and can install the blocker in three positions - “open”, “closed”, “closed”.

Недостатками данной установки является значительная протяженность двух управляющих элементов клапанного блока, осложняющих спускоподъемные операции, и отсутствие возможности регулирования дебита.The disadvantages of this installation is the significant length of the two control elements of the valve block, complicating tripping, and the lack of ability to control flow rate.

Настоящее изобретение направлено на повышение эффективности работы установки за счет возможности оперативного регулирования дебита скважины с помощью одного управляющего элемента.The present invention is aimed at improving the efficiency of the installation due to the possibility of operational control of the flow rate of the well using one control element.

Указанный технический результат достигается тем, что насосная пакерная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, содержащая электроцентробежный насос, закрепленный на планшайбе, расположенной на фланце эксплуатационной колонны, нижний и верхний пакеры, установленные над нижним и верхним пластами, два ствола в верхнем пакере, расположенные один в другом с образованием двух независимых каналов, и клапанный блок над верхним пакером, снабженный управляющим элементом, согласно изобретению клапанный блок содержит два регулирующих диска на штоке, камеру смешения между ними и механизм вращения дисков, включающий пружины, золотник и шток, при этом на регулирующих дисках выполнены дроссельные отверстия разного диаметра, размещенные по окружности, а управляющий элемент выполнен в виде гидравлической трубки, сообщающей клапанный блок с головкой на выкиде насоса.The specified technical result is achieved by the fact that the pump packer installation for simultaneous and separate operation of two layers, containing an electric centrifugal pump mounted on a faceplate located on the flange of the production string, lower and upper packers installed above the lower and upper layers, two shafts in the upper packer, arranged one in the other with the formation of two independent channels, and the valve block above the upper packer, equipped with a control element, according to the invention, the valve block contains and the regulating disk on the rod, the mixing chamber between them and the disk rotation mechanism, including springs, spool and rod, while the regulating disks have throttle holes of different diameters arranged around the circumference, and the control element is made in the form of a hydraulic tube communicating with the valve block with head on the pump out.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично представлена принципиальная схема предлагаемой насосной пакерной установки для ОРЭ двух пластов в скважине, на фиг.2 - клапанный блок, продольное сечение.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 schematically shows a schematic diagram of the proposed pump packer installation for the WEM of two layers in the well, in Fig.2 - valve block, longitudinal section.

Насосная пакерная установка включает спущенные в скважину на колонне насосно-компрессорных труб 1 спускной клапан 2 для сброса столба жидкости при подъеме установки из скважины, обратный клапан 3, исключающий переток жидкости обратно в скважину, электроцентробежный насос 4 с входным модулем 5, электродвигатель 6 с телеметрической системой, гидрозащиту 7, пакеры 8 и 9. Пакер 8 размещен над верхним пластом, а пакер 9 - между пластами. В верхнем пакере 8 выполнены два ствола, расположенные один в другом и образующие два независимых канала. Внешний кольцевой канал 10 между стволами гидравлически соединен с верхним пластом, внутренний канал 11 заканчивается ниже пакера 9 и сообщается с нижним пластом. В пакер 8 вмонтирован клапан-отсекатель 12, выше которого установлен клапанный блок 13, позволяющий производить отбор жидкости из каждого эксплуатируемого пласта. Между клапанным блоком 13 и электродвигателем 6 размещен соединитель 14 с клапаном. Управляющий элемент в виде гидравлической трубки 15 соединяет клапанный блок 13 с головкой насосной установки 16. Применение одного и существенно более короткого по сравнению с прототипом управляющего элемента позволяет избежать сложностей при спускоподъемных операциях. Питание к электродвигателю 6 поступает по кабелю 17.The pump packer installation includes a drain valve 2, lowered into the well on the tubing string 1, to discharge a liquid column when the installation is lifted from the well, a check valve 3, which prevents fluid from flowing back into the well, an electric centrifugal pump 4 with an input module 5, an electric motor 6 with a telemetric system, hydraulic protection 7, packers 8 and 9. Packer 8 is placed above the upper layer, and packer 9 is between the layers. In the upper packer 8 there are two shafts located one in the other and forming two independent channels. The external annular channel 10 between the trunks is hydraulically connected to the upper layer, the internal channel 11 ends below the packer 9 and communicates with the lower layer. A shut-off valve 12 is mounted in the packer 8, above which a valve block 13 is installed, allowing the selection of fluid from each operating formation. Between the valve block 13 and the electric motor 6 there is a connector 14 with a valve. A control element in the form of a hydraulic tube 15 connects the valve block 13 to the head of the pumping unit 16. The use of one and much shorter control element compared to the prototype allows avoiding difficulties during tripping. The power to the electric motor 6 is supplied via cable 17.

Клапанный блок 13 (фиг.2) содержит нижний 18 и верхний 19 регулирующие диски, на которых выполнены дроссельные отверстия 20 разного диаметра, размещенные по окружности, позволяющие регулировать расход пропускаемой жидкости в широком диапазоне. Регулирующие диски 18, 19 установлены на штоке 21, а между ними размещена камера смешения 22, гидравлически связанная с затрубным пространством. В клапанном блоке 13 имеется механизм вращения, состоящий из пружин 23, золотника 24 и штока 21.The valve block 13 (figure 2) contains the lower 18 and upper 19 control discs, on which are made throttle holes 20 of different diameters, placed around the circumference, allowing you to adjust the flow rate of the transmitted fluid in a wide range. The control discs 18, 19 are mounted on the rod 21, and between them is placed a mixing chamber 22, hydraulically connected to the annulus. In the valve block 13 there is a rotation mechanism consisting of springs 23, spool 24 and rod 21.

Насосная установка работает следующим образом.The pump installation operates as follows.

Для разобщения продуктивных пластов в скважину устанавливается двухпакерная компоновка в составе верхнего пакера 8, например, марки ПРО-ЯВЖ-М-С-122; клапана-отсекателя 12, например, двухканального многократного действия КОД - 108 и нижнего пакера 9, например, ПРО-ЯДЖ-О-М - 122.To separate productive formations into the well, a two-packer arrangement is installed as part of the upper packer 8, for example, the brand PRO-YaVZh-M-S-122; shut-off valve 12, for example, two-channel multiple action KOD - 108 and the lower packer 9, for example, PRO-YaJ-O-M - 122.

На пакерную компоновку опускается сборка, содержащая электроцентробежный насос 4, входной модуль 5, электродвигатель 6 с гидрозащитой 7 и кабель 17. При этом клапан-отсекатель 12 открывается и устанавливается гидравлическая связь клапанного блока 13 с пластами скважины через внешний кольцевой канал 10 и внутренний канал 11.An assembly comprising an electric centrifugal pump 4, an input module 5, an electric motor 6 with hydroprotection 7, and a cable 17 is lowered to the packer assembly. In this case, the shut-off valve 12 is opened and the hydraulic connection of the valve block 13 with the layers of the borehole is established through an external annular channel 10 and an internal channel 11 .

После обвязки устья скважины установка запускается в работу. Жидкость с нижнего пласта поступает к верхнему регулирующему диску 19 через внутренний канал 11, а жидкость с верхнего пласта поступает по внешнему каналу 10 к нижнему регулирующему диску 18; оба потока смешиваются в камере смешения 22. Объединенный поток попадает в затрубное пространство, поступает во входной модуль 5 электроцентробежного насоса 4 и далее нагнетается по НКТ 1 на поверхность.After tying the wellhead, the installation starts up. The liquid from the lower reservoir enters the upper control disk 19 through the internal channel 11, and the liquid from the upper reservoir enters through the external channel 10 to the lower control disk 18; both flows are mixed in the mixing chamber 22. The combined stream enters the annulus, enters the input module 5 of the electric centrifugal pump 4, and then is pumped through the tubing 1 to the surface.

В случае изменения внутрискважинных параметров, например дебита, давления, газосодержания, производится перенастройка режимов работы установки. Для этого осуществляют подъем давления на выкиде насоса 4 путем увеличения частоты вращения электродвигателя 6 и/или прикрывания буферной задвижки (не показана).In the event of a change in downhole parameters, for example, flow rate, pressure, gas content, a reconfiguration of the operating modes of the installation is performed. To do this, carry out the pressure rise on the pump side 4 by increasing the speed of the electric motor 6 and / or by covering the buffer valve (not shown).

В результате повышения давления в головке насосной установки 16 формируется гидравлический импульс, который по гидравлической трубке 15 передается в клапанный блок 13 через открывающийся при этом клапан в соединителе 14. После этого происходит осевое перемещение штока 21, вызывающее поворот золотника 24 и регулирующих дисков 18, 19 вокруг оси с одновременным сжатием пружин 23. В результате в тракте движения жидкости оказывается следующая пара дроссельных отверстий 20 в регулирующих дисках 18, 19, что приводит к изменению количества отбираемой жидкости и согласованию характеристик насосной установки и эксплуатируемых пластов.As a result of the increase in pressure, a hydraulic pulse is generated in the head of the pump unit 16, which is transmitted through the hydraulic tube 15 to the valve block 13 through the valve that opens at the same time in the connector 14. After this, the axial movement of the rod 21 occurs, causing the spool 24 and the control discs 18, 19 to rotate around the axis with simultaneous compression of the springs 23. As a result, the following pair of throttle holes 20 in the control discs 18, 19 is in the fluid path, which leads to a change in the amount of fluid STI and coordination characteristics and operating the pumping unit layers.

Claims (1)

Насосная пакерная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, содержащая электроцентробежный насос, закрепленный на планшайбе, расположенной на фланце эксплуатационной колонны, нижний и верхний пакеры, установленные над нижним и верхним пластами, два ствола в верхнем пакере, расположенные один в другом с образованием двух независимых каналов, и клапанный блок над верхним пакером, снабженный управляющим элементом, отличающаяся тем, что клапанный блок содержит два регулирующих диска на штоке, камеру смешения между ними и механизм вращения дисков, включающий пружины, золотник и шток, при этом на регулирующих дисках выполнены дроссельные отверстия разного диаметра, размещенные по окружности, а управляющий элемент выполнен в виде гидравлической трубки, сообщающей клапанный блок с головкой на выкиде насоса. A pump packer installation for simultaneous and separate operation of two layers, containing an electric centrifugal pump mounted on a faceplate located on the flange of the production string, lower and upper packers installed above the lower and upper layers, two shafts in the upper packer, located one in the other with the formation of two independent channels, and a valve block above the upper packer, equipped with a control element, characterized in that the valve block contains two control discs on the rod, a mixing chamber between and their rotation drive mechanism including the spring, the spool and the rod, wherein the discs made at regulating throttle holes of different diameters arranged in a circle, and the control member is a hydraulic tube informing valve unit with a head on the pump discharge.

Images