Разработка гидравлического пакера для установки в скважине погружного гидронасоса

Украинцев. А. А.
Донецкий национальный технический университет

   Источник: Бурение — 2011 / конференции подведения итогов конкурса-защиты студенческих научных работ в области «Нефтяная и газовая промышленность», 28-31 марта 2011 г., ИФНТУНГ , Ивано-Франковск., с. 6-7.

   При проведении откачек жидкости погружными насосами (гидропоршневыми или эжекторными) используются различные схемы их установки в скважине в зависимости от требуемых условий эксплуатации.
   Проведенный анализ различных схем показал, что наиболее часто используются схемы с подъемными трубами, на нижнем конце которых устанавливается специальное седло, в которое герметично устанавливается хвостовик погружного насоса .
   Иногда используются схемы, в которых в качестве подъемного трубопровода используется колонна обсадных труб, которой закреплена скважина. Для отделения продуктивного пласта от остальной части обсадной колонны, которая используется в качестве подъемной, применяются механические пакеры, которые раскрываются при упоре хвостовика насоса в забой скважины. Использование таких схем позволяет снизить металлоемкость скважины, поскольку в скважину на большую глубину не опускаются одна или даже несколько колонн труб, а это, в конечном счете, приводит снижению стоимости проведения откачек.Схемы без металлических подъемных труб целесообразно применять не только при добыче жидких полезных ископаемых (воды или нефти) с глубины 1000м и более, а и при гидрогеологических исследованиях в скважинах, например при разведке угольных месторождений.
   Однако использование такой схемы затруднено из-за отсутствия надежных пакеров, которые срабатывают без упора хвостовика в забой скважины.
   Проведенный анализ применяемых конструкций пакеров показал, что в нефтяной промышленности используется большое разнообразие пакеров: механических, гидравлических и гидромеханических, которые разработанны в различных организациях для различных условий эксплуатации.
   Особый интерес представляют конструкции пакеров, которые раскрываются давлением силовой жидкости. Они более надежно перекрывают ствол скважины.
   Однако большинство конструкций таких пакеров разработаны для проведения тампонажных работ в скважине или для гидроразрыва продуктивных пластов и не могут без изменения конструкции применяться при проведении откачек жидкости из скважин погружными насосами, поскольку пакер должен раскрываться той же силовой жидкостью, которая используется для привода гидропоршневых насосов. Поэтому необходимо разделить операции по раскрытию пакера и удержанию его гидравлической обоймы в раскрытом положении при работе гидропоршневого насоса. Кроме того каналы пакера должны свободно без больших гидравлических сопротивлений пропускать добываемую и приводную силовую жидкость.
   В результате выполненных работ разработана усовершенствованная конструкция пакера, который можно использовать при откачке жидкости с глубин до 1000-1500м погружными гидропоршневыми насосами и предложены несколько схем установки погружного насоса в скважине. Предлагаемый гидравлический пакер универсальный и поэтому его можно использовать как при использовании в качестве подъемной колонны металлических труб, так и в случае использования в качестве подъемного трубопровода ствола незакрепленной скважины.
   Таким образом, погружной насос можно использовать без спуска в скважину подъемных труб (рис.1,б), с подъемными трубами, но с изоляцией продуктивного горизонта от вышележащих водо-нефтеносных горизонтов (рис.1,в), с изоляцией извлекаемой из продуктивного горизонта жидкости от силовой жидкости, предназначенной для привода гидродвигателя погружного насоса (рис.1,г).
   При использовании любой предложенной схемы пакер опускается в скважину на колонне силовых труб (бурильных труб диаметром 42 или 50мм) одновременно с погружным гидропоршневым насосом. При спуске насос упирается в верхнюю крышку корпуса пакера (на рис не показано) и при этом верхний золотник перекрывает выходной канал силовой жидкости в скважину, а золотниковая пружина пакера, преодолевая давление столба жидкости, удерживает золотник в верхнем положении и открывает каналы для прохода силовой жидкости в пакер.
   После спуска пакера и насоса на необходимую глубину наземным приводным насосом по силовым трубам подается определенное количество силовой жидкости, которая, пройдя через гидродвигатель насоса не включает его в работу, а поступает в полость пакера и разжимает резиновый элемент, который плотно прижимается к стенкам скважины.
   Затем гидронасос опускается до установки его хвостовика в специальное седло. При этом упор перемещает золотник пакера вниз, перекрывает отверстия для прохода силовой жидкости в пакер и удерживает пакер в раскрытом положении.
   После раскрытия пакера наземным приводным насосом по силовым трубам подается увеличенное количество силовой жидкости, необходимое для включения в работу гидродвигателя погружного насоса и начинается процесс откачки.
   После окончания откачки гидронасос приподнимается, упор освобождает золотник, который под воздействием пружины перемещается в верхнее положение. Давление жидкости на резиновый элемент пакера уменьшается и он возвращается в исходное положение.
   При выполнении научной работы подобрана методика расчета рабочих параметров усовершенствованного пакера. Выбраны конструктивные и рассчитаны рабочие параметры пакера. Выполнен сборочный чертеж разработанного пакера. Разработана технология проведения откачки жидкости погружным гидронасосом с использованием разработанного пакера.


Литература

1. Казак А. С. Погружные поршневые бесштанговые насосы с гидроприводом. – Л.: Гостоптехиздат, 1961.
2. Неудачин Г. И., Пилипец В. И., Фоменко В. С., Зыбинский П. В. Погружной бесштанговый насос для откачки жидкости из скважин. – Москва: «Разведка и охрана недр», 1976, № 9.
3. Неудачин Г. И., Пилипец В. И. Погружной бесштанговый насос для подъема воды из буровых скважин. «Гидротехника и мелиорация», № 7, 1981.
4. Пилипец В. И. Насосы для подъема жидкости. Учебное пособие с грифом Минвуза. - Донецк: 2000 - 244 с.
5. Авторские свидетельства СССР № 307177, кл. Е 21 В 33/12, 1971.