Устройство для подъема углеводородов из нефтяных скважин

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЕМА УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН Устройство для подъема углеводородов из нефтяных скважин содержит подъемную конструкцию,образованную рукавом для сбора текучей среды и всасывающей трубой для текучей среды,размещенную внутри обсадной трубы скважины. Всасывающая труба расположена вдоль рукава для сбора текучей среды, имеющего открытый верхний конец, через который выходит верхняя часть всасывающей трубы, конец которой прикреплен к тяговому канату конструкции "рукавтруба". Нижний конец рукава для сбора текучей среды закрыт односторонним обратным клапаном,обеспечивающим поступление потока текучей среды в объем, образованный между рукавом и трубой. Верхняя часть всасывающей трубы, выступающая из открытого верхнего конца рукава для сбора текучей среды, имеет расположенное сбоку отверстие для выпуска текучей среды. При подъеме конструкции "рукав-труба" посредством тянущего каната до конечной точки перемещения выпускное отверстие располагается внутри герметичной камеры в устье скважины, образованной между парой уплотнительных колец, при этом выпуск текучей среды может осуществляться с помощью всасывающего насоса и/или под действием давления газа, имеющегося во внутреннем объеме обсадной трубы скважины. Область техники Изобретение относится к устройству для подъема углеводородов из нефтяных скважин, в частности к новой конструкции элементов, размещаемых в эксплуатационных скважинах для безопасного подъема жидких или газообразных углеводородов, позволяющей исключить вентиляцию газа, обеспечивая при этом, помимо прочих преимуществ, повышение производительности оборудования. Уровень техники При добыче углеводородов из нефтяных месторождений в скважине устанавливают колонну обсадных труб, которая проходит глубоко вниз до достижения углеводородсодержащего пласта для того, что бы обнаруженные в нем нефть, газ или вода могли бы протекать вверх к поверхности через обсадную колонну, после чего их разделяют, накапливают в хранилищах или направляют к месту последующего использования. Нефть, газ и вода из пласта поступают в обсадную колонну и за счет различия плотностей отделяются друг от друга, при этом вода остается в забое обсадной колонны, нефть плавает поверх воды, а газ поднимается через обсадную колонну вверх. В обычно применяемом подъеме нефти из скважины используют насосы-качалки, размещенные на открытой поверхности земли и на устье скважины, которые содержат, помимо других элементов, используемых для извлечения текучей среды, балансир, всасывающую штангу и насос, находящийся в скважине внутри обсадной колонны на максимально возможной глубине добычи углеводородов. Для работы всасывающей штанги ее нижний конец соединяют с насосом, а верхний конец присоединяют к балансиру качалки, расположенному на поверхности земли. При использовании одноплечевого балансира качалки с механическим приводом указанный балансир осуществляет возвратно-поступательное перемещение всасывающей штанги вверх и вниз для подъема находящейся в эксплуатационной скважине нефти. Другой широко известной системой добычи нефти является система тартания нефти, т.е. извлечения нефти из скважины с помощью желонки, использующая механизм для подъема желонки, установленный на поверхности земли вблизи эксплуатационной скважины. Система включает в себя желонку(всасывающая труба и рукав), подъемную тяговую ленту или трос, который проходит вдоль всасывающей трубы или рукава, а также подъемный механизм. В системе тартания подъем углеводородов осуществляется путем наматывания и разматывания тягового троса, один конец которого прикреплен к подъемному механизму, а другой - к верхнему концу желонки, размещенной внутри обсадной колонны скважины. При работе подъемного механизма с наматыванием и разматыванием каната или троса, последний совершает возвратно-поступательное движение и повергается значительным механическим напряжениям при наматывании в процессе подъема желонки или разматывания для опускании ее в часть обсадной трубы скважины, где находится нефть. Желонка при погружении в нефть собирает нефть и заполняется ею. Затем желонку поднимают к поверхности и нефть выливают в нефтесборник. В известных системах для подъема углеводородов выгрузка текучей среды из рукава, который проходит вдоль ствола скважины, происходит под действием силы тяжести. Данные системы имеют недостатки, которые необходимо устранить. На практике, в процессе опускания желонки рукав может прилипнуть к трубе из-за присутствия вязких или парафинистых углеводородов. На это обстоятельство может оказывать влияние наружная температура, и трубы могут истираться за счет трения при контактировании с рукавом, что может привести к нарушению экологии. Кроме того, рукав должен иметь утолщенные стенки, чтобы при вхождении в трубу из ПВХ они выдерживали механическое напряжение, создаваемое роликами, размещенными на криволинейной поверхности коллектора. Кроме того, диаметр рукава ограничен входным отверстием коллектора, а производительность рукава ограничена длиной труб, и все это приводит к снижению производительности. Другой недостаток заключается в использовании системы обнаружения рукава, которая является внешней системой и не имеет защиты. Помимо того, суровые природные условия (температура, ветер, солнечный свет), присутствие животных, несоблюдение правил эксплуатации и т.п. могут приводить к повреждению соединений труб и создавать утечки. Наличие газовых карманов может приводить к повреждению труб из ПВХ и наносить вред окружающей среде. Кроме того, горизонтальные трубы, через которые отводится жидкость, изготовлены из пластмассы и могут выдерживать лишь низкое давление газа, следовательно, газ не может транспортироваться за счет собственного давления, и для него требуется постоянная вентиляция. Изобретение направлено на устранение вышеуказанных недостатков. По существу устройство,предназначенное для подъема углеводородов из скважин, улавливает газ из скважины, за счет чего не требуется вентилирование газа и повышается производительность оборудования для подъема углеводородов. Одним из наиболее важных факторов, способствующих повышению производительности, является использование давления газа, находящегося внутри обсадной колонны, для отвода текучей среды из рукава. Длина рукава может быть пропорциональна давлению газа в пропорции 10 м на 1 кг/см 2 давления газа, при этом длина наземного оборудования не изменяется. Кроме того, на поверхности будет меньше трубопроводов, при этом все подвижные элементы устройства остаются внутри обсадной колонны, за счет чего устраняются возможные утечки текучей среды на поверхности и обеспечивается большая безопасность процесса подъема углеводородов. Следует также подчеркнуть, что в соответствии с изобретением затраты на оборудование, его монтаж и эксплуатацию ниже, чем для известных устройств, кроме того, помимо других преимуществ, отсутствует необходимость в его "вытягивании", устройство является легким в обслуживании и потребляет меньше энергии. Раскрытие изобретения В соответствии с изобретением устройство для подъема углеводородов из нефтяных скважин содержит находящуюся внутри обсадной трубы скважины конструкцию для подъема, содержащую рукав для сбора текучей среды и трубу для всасывания текучей среды. Рукав для сбора текучей среды имеет открытый верхний конец, через который вдоль рукава проходит вверх верхняя часть всасывающей трубы, конец которой прикреплен к тяговому канату для подъема конструкции "рукав-труба". Нижний конец рукава закрывается с помощью одностороннего обратного клапана, через который текучая среда протекает в кольцевой зазор, образованный между рукавом и всасывающей трубой. Верхняя часть трубы,находящаяся выше открытого верхнего конца рукава, имеет выполненное сбоку выпускное отверстие для текучей среды. Когда конструкция "рукав-труба" поднимается тяговым канатом и достигает конца своего перемещения, указанное выпускное отверстие располагается в устье скважины внутри герметичной камеры, которая образована между парой уплотнительных колец. При таком взаимном расположении текучая среда отводится из обсадной колонны с помощью всасывающего насоса и/или под давлением газа,находящегося внутри обсадной колонны. Изобретение поясняется чертежами. Краткое описание чертежей На фиг. 1A-1C показано размещенное в эксплуатационной скважине устройство согласно изобретению в трех последовательных положениях при подъеме текучей среды из месторождения, вид сбоку в разрезе; на фиг. 2 схематично показано оборудование для подъема углеводородов, включающее устройство согласно изобретению; на фиг. 3 схематично показано оборудование для подъема углеводородов, включающее устройство согласно изобретению и средства для снижения давления газа внутри обсадной колонны. Осуществление изобретения Как показано на фиг. 1A-1C, размещенное в нефтяной скважине устройство для подъема углеводородов согласно изобретению содержит подъемную конструкцию, включающую в себя всасывающую трубу 1 и рукав 2 для сбора текучей среды и расположенную вдоль обсадной трубы 3 скважины. Рукав 2 имеет открытый верхний конец 4 и нижний конец 5, закрытый односторонним обратным клапаном 6,открывающимся внутрь рукава 2, позволяя текучей среде втекать внутрь рукава. Всасывающая труба 1,которая проходит от места, находящегося вблизи обратного клапана 6, и выходит за пределы верхнего конца 4 сборного рукава 2, имеет нижнюю часть 7 и верхнюю часть 8. В верхней части 8 всасывающей трубы 1 сбоку выполнено выпускное отверстие 10 для добываемой текучей среды. Верхняя часть 8 всасывающей трубы 1 имеет закрытый конец 9, к которому присоединен тяговый канат 11 для возвратнопоступательного перемещения подъемной конструкции, образованной всасывающей трубой 1 и рукавом 2 для сбора текучей среды. Верхняя часть 8 всасывающей трубы 1 имеет такую длину, что при работе оборудования, когда конструкция "рукав-труба" достигает конечной точки своего перемещения вверх, выпускное отверстие 10 оказывается между парой уплотнительных колец: нижним кольцом 12 и верхним кольцом 13. Эти кольца установлены в нижнем участке 15 устья 14 скважины, при этом между указанными кольцами образована герметичная камера 16, в которой имеется выпускное отверстие, сообщающееся с выходным трубопроводом 17 для текучей среды, соединенным с всасывающим насосом 18. Тяговый канат 11, прикрепленный к верхнему концу 9 всасывающей трубы 1, проходит через втулку 19, являющуюся направляющей для каната и средством приведения в действие герметичной камеры 16. Втулка 19 является частью элемента, имеющего нижнюю часть 20, которая представляет собой собственно втулку, и верхнюю часть 21 большего диаметра, представляющую собой направляющую, которая может упираться в уплотнительное кольцо 13 в верхней части 22 приемного коллектора 14. Как показано на фиг. 1A-1C, во время перемещения конструкции "рукав-труба" втулка 19 проходит через пару уплотнительных колец 12 и 13. Кроме того, тяговый трос 11 проходит через уплотнение 23, расположенное непосредственно на верхней части 22 устья 14 скважины. Как показано на фиг. 1A-1C, при вытягивании вверх канатом 11 конструкции "рукав-труба" она достигает конечной точки перемещения, при этом верхняя часть 8 всасывающей трубы 1 и, соответственно,выпускное отверстие 10 располагаются в пределах герметичной камеры 16, образованной между уплотнительными кольцами 12 и 13. Непосредственно после расположения выпускного отверстия 10 в герметичной камере 16 всасывающий насос 18 создает поток текучей среды, протекающей через выпускное отверстие 10 из рукава 2 для сбора текучей среды в направлении выходного трубопровода 17. Создается поток текучей среды и, соответственно, осуществляется нефтедобыча во время той части цикла, включающего подъем и спуск конструкции "рукав-труба", когда выпускное отверстие 10 сообщается с герметичной камерой 16, и поддерживается до тех пор, пока рукав 2 опорожняется. Во время этой части процесса обратный клапан 6 остается закрытым. При опускании вниз конструкции "рукав-труба", когда конец 5 рукава 1 вновь погружается в находящуюся в скважине текучую среду, обратный клапан 6 открывается под действием давления текучей среды, и рукав 2 вновь заполняется до тех пор, пока конструкция "рукав-труба" не достигнет конечной точки перемещения вниз. После этого в каждом цикле перемещения "вверх-вниз" конструкции "рукавтруба" вновь осуществляется выгрузка текучей среды. В газосодержащих скважинах оказываемое газом давление в зависимости от его величины способствует опорожнению рукава 2, увеличивая тем самым количество жидкости, отводимой всасывающим насосом 18. На фиг. 2 показан пример осуществления изобретения, согласно которому выходной трубопровод 17 снабжен средством 24 регулирования расхода, которое посредством одностороннего обратного клапана 25 вместе с выходным трубопроводом насоса 18 сообщается по текучей среде с соответствующей выкидной линией, так что поднятый наверх газ транспортируется в хранилища под действием собственного давления. На фиг. 2 также показано, что тяговый канат 11 проходит через блочный механизм 26, затем вдоль трубы 27 и входит в оборудование 28 выкидной линии, где наматывается на барабан 29. На фиг. 3 показан другой пример осуществления изобретения, согласно которому для снижения в необходимых случаях давления газа в обсадной трубе 3 имеется блок 30. Блок 30 содержит бакхранилище 31, имеющий вход 32, соединенный с всасывающим насосом 18, первый выход 33, соединенный с винтовым насосом 34, и второй выход, соединенный с соответствующим трубопроводом для транспортирования текучей среды. Выход винтового насоса 34 соединен с дополнительным входом всасывающего насоса 18. Кроме того, в данном случае герметичная камера 16 устья 14 скважины снабжена подключенным к ней реле 36 давления и датчиком 37 положения. Когда конструкция "рукав-труба" находится в положении выгрузки, определяемом датчиком 37,находящаяся в рукаве 2 текучая среда отсасывается посредством блока 30. Когда конструкция "рукавтруба" не находится в положении выгрузки - во время перемещений вверх и вниз и если давление газа выше требуемого, реле 36 давления приводит в действие блок 30, обеспечивая выход только для газа. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для подъема углеводородов, размещаемое в нефтяных скважинах, содержащее устьевое оборудование и желонку, расположенную вдоль обсадной трубы скважины и соединенную с тяговым канатом, прикрепленным к желонке и проходящим вверх до барабана приводного механизма устройства для подъема углеводородов, при этом желонка содержит коллекторную трубу, имеющую открытый верхний конец и нижний конец, закрытый посредством одностороннего обратного клапана, открывающегося внутрь для поступления текучей среды в коллекторную трубу через ее нижний конец и предотвращающего выход текучей среды из коллекторной трубы, причем текучая среда может поступать также через открытый верхний конец коллекторной трубы; и расположенную внутри коллекторной трубы всасывающую трубу, содержащую верхнюю часть и нижний конец, причем верхняя часть выступает за верхний конец коллекторной трубы и имеет выпускное отверстие для текучей среды, расположенное в виде сквозного отверстия в верхней части всасывающей трубы сбоку, для выгрузки текучей среды в направлении выходного трубопровода посредством всасывающего насоса, расположенного у устья скважины и соединенного с ним, причем конец верхней части всасывающей трубы закрыт и присоединен к концу тягового каната, приводящего в движение устройство для подъема углеводородов, а нижний конец всасывающей трубы открыт и расположен вблизи нижнего конца коллекторной трубы. 2. Устройство по п.1, в котором верхняя часть всасывающей трубы имеет длину, обеспечивающую при перемещении конструкции "коллекторная труба-всасывающая труба" вверх до конечной точки перемещения расположение выпускного отверстия в герметичной камере, образованной между установленными на участке устья скважины верхним и нижним уплотнительными кольцами и соединенной с всасывающим насосом для текучей среды. 3. Устройство по п.2, в котором канат, прикрепленный к верхнему концу всасывающей трубы, выполнен с возможностью прохождения сквозь втулку и через пару уплотнительных колец, при этом втулка является направляющей для каната. 4. Устройство по п.3, в котором втулка представляет собой деталь, имеющую нижнюю часть и верхнюю часть, при этом нижняя часть представляет собой собственно втулку, а верхняя часть элемента,диаметр которой больше диаметра нижней части, представляет собой направляющую для перемещения втулки, а также средство установления конечного положения рукава при его выгрузке за счет упора в верхнее уплотнительное кольцо.