Насосная система двойного действия с гидравлическим приводом для добычи флюидов из наклонной скважины - RU2019120755A

1. Погружная система для подъема добываемых флюидов из скважины на поверхность, содержащая:

a. внутрискважинную установку;

b. трубопровод от наземного оборудования к внутрискважинной установке для передачи гидравлической жидкости под давлением от силового гидравлического насоса к внутрискважинной установке;

c. второй трубопровод от внутрискважинной установки к тому же наземному оборудованию для передачи гидравлической жидкости, выпускаемой или отводимой из внутрискважинной установки к наземному оборудованию;

d. насосно-компрессорные трубы для передачи добываемого флюида из скважины, выкачанного внутрискважинной установкой, ко второму комплекту наземного собирающего оборудования для добываемых флюидов, причем указанные насосно-компрессорные трубы функционально подключены между соединителем на внутрискважинной установке и наземным собирающим оборудованием;

e. причем внутрискважинная установка содержит:

i. первую секцию насоса, имеющую цилиндр и встроенный поршень, и с встроенными клапанами и проходами для флюида, образующими насос двойного действия;

ii. секцию линейного гидропривода с возвратно-поступательным движением, имеющую цилиндр и встроенный поршень, и с встроенными клапанами и проходами для флюида, образующими линейный гидравлический двигатель двойного действия, и

iii. вторую секцию насоса, имеющую цилиндр и встроенный поршень, и с встроенными клапанами и проходами для флюида, образующими насос двойного действия,

при этом поршни каждого из насосов и привод соединены таким образом, что все они двигаются в одном и том же направлении и с одинаковой скоростью внутри их соответствующих цилиндров;

iv. сопряженный цилиндр каждого поршня, сформированный в кольцевом пространстве между внутренней стенкой цилиндрической части внешнего корпуса установки и внешней поверхностью второго цилиндрического корпуса, расположенного концентрически внутри центра указанной цилиндрической части внешнего корпуса, причем второй цилиндрический корпус имеет внутренний трубопровод добываемого флюида,

v. причем каждый поршень представляет собой диск с отверстием в центре, установленный с возможностью герметичного скольжения вдоль каждой цилиндрической поверхности кольцевого сопряженного цилиндра;

vi. причем каждый сопряженный цилиндр ограничен стенкой с обоих концов каждой секции, где соседние цилиндры могут иметь общую стенку;

vii. причем соединение между каждым из поршней также обоюдно скользящее и прямолинейное в продольном направлении внутри корпуса установки через отверстие в стенке и динамически герметично примыкает к стенке между двумя секциями, содержащими два поршня, соединенные таким образом;

viii. причем цилиндр каждой секции насоса имеет две группы однонаправленных клапанов в трубопроводах, где указанные клапаны в трубопроводах расположены попарно, и каждая группа имеет несколько пар противоположных однонаправленных клапанов, одна группа расположена в первой камере и ограничена поверхностями цилиндра секции и внешней стенкой и одной стороной встроенного поршня, а другая группа расположена во второй камере в цилиндре секции с другой стороны от встроенного поршня и ограничена стенкой другого конца, где каждая пара клапанов содержит: однонаправленный клапан, допускающий попадание скважинного флюида снаружи установки в камеру при движении поршня на расширение объема камеры и не допускающий выхода скважинного флюида при движении поршня в обратном направлении на сокращение объема камеры; и еще один противоположный однонаправленный клапан, не допускающий попадания флюида из трубопровода добываемого флюида в камеру при движении поршня на расширение объема камеры и допускающий выход флюида из камеры в трубопровод добываемого флюида при движении поршня в обратном направлении на сокращение объема камеры, таким образом формируя насос двойного действия,

при этом одна насосная секция имеет один кольцевой цилиндр и один поршень, образующие два независимых насоса двойного действия с дюжинами клапанов V11 по стандарту американского института нефти (API), а каждая насосная установка имеет один цилиндр гидропривода для одновременного привода двух насосных секций четырех независимых насосов двойного действия, для откачивания количества скважинного флюида, приблизительно в пять раз превышающего количество, откачиваемое традиционным штанговым насосом одинарного действия с возвратно-поступательным движением по стандарту API, имеющим подобный диаметр, или откачивания такого же объема скважинного флюида, как дюжины обычных штанговых насосов по стандарту API;

ix. цилиндр привода, соединенный с двумя трубопроводами, по одному с каждой стороны его поршня, где каждый такой трубопровод также сообщается с электромеханическим клапаном-переключателем, который также сообщается с каждым из напорных и выпускных трубопроводов гидравлической жидкости;

x. контроллер двигателя на поверхности, электрически соединенный с клапаном-переключателем;

xi. по меньшей мере один датчик, подающий сигнал контроллеру двигателя и сигнализирующий о состоянии, указывающем на благоприятное время для переключения потока гидравлической жидкости к приводу и через него по одному из трех вариантов пути:

прямой путь, сообщающий поршню привода движение в одном направлении,

перекрестный путь, сообщающий поршню привода движение в противоположном направлении, или

обходное или нейтральное положение, при котором гидравлическая жидкость обходит привод и герметизирует камеры привода, тормозя и удерживая поршень привода на месте.

2. Внутрискважинная насосная установка, прикрепленная к насосно-компрессорным трубам, ведущим на поверхность, для установки и эксплуатации в скважине, содержащая:

a. линейный гидравлический двигатель с возвратно-поступательным движением;

b. два линейных насоса с возвратно-поступательным движением, механически соединенные с каждой стороной двигателя с клапанным забором флюида из скважины и клапанным выводом флюида в насосно-компрессорные трубы;

c. электромеханический клапан-переключатель с возможностью выбора прямого, перекрестного или обходного контура для потока гидравлической жидкости через двигатель, причем переключатель прикреплен к установке, где функционально реагирует на сигнал от датчика на установке или на контуре гидравлической жидкости между поверхностью и установкой, с питанием от источника на поверхности;

d. трубопроводы подачи и отвода гидравлической жидкости под давлением между переключателем и к приводу и наземным оборудованием.

3. Установка по п. 1, в которой датчик содержит по крайней мере один концевой переключатель в месте расположения поршня или рядом с ним на конце хода поршня одного из насосов в по меньшей мере одном направлении в диапазоне прямолинейного возвратно-поступательного движения насоса, функционально подключенный для сигнализации прибытия поршня на место расположения концевого переключателя.

4. Установка по п. 1, которая содержит дополнительный однонаправленный клапан между внутренним рабочим цилиндром установки и трубопроводом добываемого флюида, допускающим однонаправленный поток от установки к поверхности.

5. Установка по п. 1, которая содержит дополнительную секцию или секции силового насоса с соответствующими жидкостными соединениями, клапанами и датчиками.

6. Установка по п. 1, которая имеет наземное оборудование, выполненное с возможностью управлять и изменять скорость потока рабочей гидравлической жидкости через силовой гидравлический насос с помощью двигателя с частотно-регулируемым приводом (VFD) на поверхности таким образом, что внутрискважинный привод соответствующим образом изменяет скорость внутрискважинного насоса.

7. Установка по п. 1, которая имеет наземное оборудование, включающее в себя гидравлический масляный охладитель, который управляет охлаждением гидравлической жидкости таким образом, чтобы поддерживать желаемую температуру рабочего гидравлического масла для охлаждения и управления рабочей температурой оборудования внутрискважинной установки, особенно в горячих скважинах с температурой выше 200°С, таких как парогравитационные скважины (SAGD).

8. Установка по п. 1, которая содержит один трубопровод для подачи гидравлической жидкости под давлением и другой трубопровод для отвода и возврата гидравлической жидкости между наземным оборудованием и внутрискважинной установкой, где изолированные трубы или насосно-компрессорные трубы с вакуумной изоляцией (VIT) могут быть использованы по меньшей мере для трубопровода рабочей жидкости для изоляции гидравлической жидкости и предотвращения ее от перегрева при применении в термической скважине, например, SAGD для поддержания температуры рабочего гидравлического масла в желаемом диапазоне.

9. Установка по п. 1, которая содержит во внутрискважинной установке электромеханический клапан-переключатель для целенаправленной настройки направления потока рабочего гидравлического масла внутри коробки слива гидравлического масла, причем внутрискважинный электромеханический клапан-переключатель окружен, погружен и защищен чистым рабочим гидравлическим маслом желаемой рабочей температуры за счет охлаждения масла и герметичной изоляции.

10. Установка по п. 3, которая на наземном оборудовании снабжена компьютеризированным программируемым логическим контроллером (PLC), причем указанный контроллер и соответствующие интерфейсы выполнены с возможностью обеспечивать централизованное управление с обратной связью всех системных устройств, включая электрические концевые переключатели и электромеханический клапан-переключатель во внутрискважинной установке погружной системы по п. 1, а также включая двигатель VFD и все датчики температуры и давления, переключатели и клапаны, расположенные в системе.