Установка для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт
Владельцы патента RU 2288353:
Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина (RU)
Изобретение относится к технике и технологии циклической закачки жидкости в нефтеносный пласт при его заводнении или нагнетании в него различных реагентов. Обеспечивает упрощение устройства с одновременным повышением эффективности его работы и сокращение затрат потребляемой энергии. Сущность изобретения: устройство содержит пакер, колонну труб со всасывающим клапаном, насос. Согласно изобретению насос выполнен в виде погружного штангового насоса, который установлен выше всасывающего клапана в составе колонны труб, дополнительно оснащенной каналом, через который надпоршневая полость насоса сообщена с нефтеносным пластом, и имеющей возможность ее герметизации на устье скважины с насосными штангами штангового насоса. При этом подпоршневая полость насоса имеет возможность сообщения с водоносным пластом при открытом положении всасывающего клапана. Колонна насосных штанг имеет датчик веса, установленный на устье скважины и имеющий возможность отключения и включения привода насоса в зависимости от заполнения заколонного пространства жидкостью из водоносного пласта. 2 ил.
Изобретение относится к технике и технологии циклической закачки жидкости в нефтеносный пласт при его заводнении или нагнетании в него различных реагентов.
Известен способ закачки воды в нефтяной пласт (авторское свидетельство №283120, Е 21 В 43/00, опубл. БИ №31 от 06.10.1970 г.), осуществляемый с помощью установки для закачки жидкости в пласт, содержащей пакер, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и емкость, сообщающиеся с электроцентробежным насосом.
Недостатками данной конструкции являются:
во-первых, водостойкая обмотка электродвигателя при заполнении статора водой обладает достаточной работоспособностью лишь при невысокой температуре воды, не более +25°С. Увеличение температуры воды до 35-45°С существенно сокращает срок службы обмотки двигателя, а при более высокой температуре двигатель теряет работоспособность;
во-вторых, электроцентробежный насос находится в водной среде под большим давлением, что ухудшает условия его эксплуатации, при этом растворенные соли разрушают кабель, сокращая срок его службы.
Вышеперечисленные причины снижают долговечность установки в целом, кроме того с помощью такой установки невозможно закачивать в нефтяной пласт химически агрессивные реагенты, например кислоты (соляную, азотную и т.п.), при этом установка непрерывно закачивает жидкость в пласт практически без изменений давления нагнетания, что способствует возникновению в капиллярных отверстиях и щелях пласта слоя облитерации, постоянно снижающей приемистость скважины, порой до полного прекращения поглощения жидкости.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является установка для закачки жидкости в пласт (авторское свидетельство №729336, Е 21 В 43/00, 1986 г. опубл. БИ №15 от 25.04.1980 г.), содержащая пакер, колонну НКТ и емкость, сообщающуюся с насосом, при этом она снабжена установленными на колонне насосно-компрессорных труб нагнетательным и всасывающим клапанами, размещенными соответственно ниже и выше пакера, причем верхняя полость колонны насосно-компрессорных труб и емкость частично заполнены маслом.
Недостатками данной конструкции устройства являются:
во-первых, масло, находящееся в колонне НКТ и используемое в качестве рабочей жидкости для привода в действие закачиваемой в пласт жидкости, в процессе работы теряет свои химико-физические свойства из-за контакта и перемешивания с закачиваемой в пласт жидкостью, в связи с чем в процессе работы установки требуется постоянный и строгий контроль химического состава масла;
во-вторых, сложность конструкции, обусловленная наличием верхнего и нижнего датчиков уровня, емкости, станция управления для переключения направления вращения электродвигателя;
в-третьих, масло имеет большую плотность сравнительно с закачиваемой жидкостью, в связи с чем требуются большие затраты электроэнергии на питание электродвигателя для привода в движение масла в колонне НКТ;
в-четвертых, насос выполнен в поверхностном исполнении, и поэтому чем меньше пластовое давление и ниже находится водоносный пласт от поверхности, тем ниже эффективность его использования.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции установки с одновременным повышением эффективности ее работы и сокращение затрат потребляемой электроэнергии.
Указанная задача решается установкой для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт, содержащей пакер, колонну труб со всасывающим клапаном, насос.
Новым является то, что насос выполнен в виде погружного штангового насоса, который установлен выше всасывающего клапана в составе колонны труб, дополнительно оснащенной каналом, через который надпоршневая полость насоса сообщена с нефтеносным пластом, при этом подпоршневая полость насоса через всасывающий клапан сообщена с водоносньм пластом, причем привод насоса на устье оснащен датчиком нагрузки с возможностью отключения и включения привода.
На фиг.1 изображен первый вариант эксплуатации предлагаемой установки, когда водоносный пласт находится выше нефтеносного пласта.
На фиг.2 изображен второй вариант эксплуатации предлагаемой установки, когда нефтеносный пласт находится выше водоносного пласта.
По первому варианту, согласно фиг.1, изображена установка для закачки жидкости из водоносного пласта 1 скважины 2 в нефтеносный пласт 3.
Установка содержит пакер 4, колонну труб 5 со всасывающим клапаном 6 и погружной штанговый насос 7, состоящий из цилиндра 8, поршня 9 со сквозными продольными каналами 10 и клапана 11.
Погружной штанговый насос 7 установлен выше всасывающего клапана 6 в составе колонны труб 5, дополнительно оснащенной каналом 12, через который надпоршневая полость 13 насоса сообщена с нефтеносным пластом 3, при этом подпоршневая полость 14 насоса 7 через всасывающий клапан 6 сообщена с водоносным пластом 1.
По второму варианту (на фиг.2) изображена установка для закачки жидкости из водоносного пласта 1 скважины 2 в нефтеносный пласт 3. Установка содержит пакер 4, колонну труб 5 со всасывающим клапаном 6 и погружной штанговый насос 7, состоящий из цилиндра 8, поршня 9 со сквозными продольными каналами 10 и клапана 11.
Погружной штанговый насос 7 установлен выше всасывающего клапана 6 в составе колонны труб 5, дополнительно оснащенной каналом 12, через который надпоршневая полость 13 насоса сообщена с нефтеносным пластом 3, при этом подпоршневая полость 14 насоса 7 через всасывающий клапан 6 сообщена с водоносным пластом 1.
По первому и второму варианту привод погружного штангового насоса 7 выполнен в виде колонны насосных штанг 15. На устье (на фиг.1 и 2 не показано) привод оснащен датчиком нагрузки (например, пьезометрическим датчиком, показания которого считываются пультом управления (на фиг.1 и 2 не показано) с возможностью отключения привода. Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 11.
По первому варианту установка работает следующим образом.
Перед запуском установки в работу герметизируют устье скважины 2 между колоннами труб 5 и насосных штанг 15 (на фиг.1 не показано).
С устья скважины посредством колонны насосных штанг 15 приводится в действие поршень 9 погружного штангового насоса 7, установленного концентрично внутри колонны труб 5. Поршень 9 совершает относительно цилиндра 8 ограниченное возвратно-поступательное перемещение. При этом в процессе движения поршня 9 вверх происходит всасывание жидкости из водоносного пласта 1 через затрубное пространство 16 скважины 2 выше пакера 4 в подпоршневую полость 14 насоса 7, при этом всасывающий клапан 6 открыт, а клапан 11 насоса 7 закрыт. Далее происходит перемещение штанг 15, и соответственно, жестко соединенного с ним поршня 9 насоса 7 вниз, при этом клапан 11 насоса 7 открывается, а всасывающий клапан 6 закрывается и происходит заполнение внутренней полости поршня 9 жидкостью из подпоршневой полости 14 насоса 7. Процесс заполнения внутренней полости поршня 9 продолжается до тех пор, пока поршень 9 не достигнет крайнего нижнего положения.
При последующем ходе поршня 9 вверх жидкость из внутреннего полости поршня 9 через сквозное продольное отверстие 10 вытесняется в надпоршневую полость 13 и далее через канал 12, благодаря тому, что пространство между колонной труб 5 и колонной насосных штанг 15 на устье скважины 2 загерметизировано, попадает в затрубное пространство 17 ниже пакера 4 и закачивается в нефтеносный пласт 3 скважины 2. Параллельно с этим происходит всасывание жидкости из водоносного пласта 1 через затрубное пространство 16 скважины 2 выше пакера 4 в подпоршневую полость 14 насоса 7, при этом всасывающий клапан 6 открыт, а клапан 11 насоса 7 закрыт.
При дальнейшем перемещении поршня 9 вверх цикл работы установки повторяется. Циклическая закачка жидкости в нефтеносный пласт 3 продолжается до тех пор, пока не кончится жидкость в заколонном пространстве 16. Это происходит при условии, если производительность насоса 8 превышает дебит (отдачу) жидкости из водоносного пласта 1 в заколонное пространство 16.
По окончании закачиваемой жидкости в заколонном пространстве 16 прекращается заполнение подпоршневой полости 14 цилиндра 8 насоса 7, в связи с чем вес колонны насосных штанг 15 увеличивается, то есть достигает максимальной нагрузки, на что реагирует пьезометрический датчик нагрузки, установленный на колонне насосных штанг 15 на устье скважины, который подает сигнал на пульт управления на отключение привода. Установка отключается на время заполнения заколонного пространства 16 жидкостью из водоносного пласта 1. В процессе заполнения заколонного пространства 16 пьезометрический датчик тестирует нагрузку на колонне насосных штанг 15, которая уменьшается по мере заполнения заколонного пространства 16, и по мере достижения минимальной нагрузки пьезометрический датчик дает сигнал на пульт управления на включение привода.
По второму варианту установка работает следующим образом.
Перед запуском установки в работу герметизируют устье скважины 2 между колоннами труб 5 и насосных штанг 15, а также заколонное пространство 16 скважины 2 выше пакера 4 (на фиг.2 не показано).
С устья скважины (на фиг.1 не показано) посредством колонны насосных штанг 15 приводится в действие поршень 9 погружного штангового насоса 7, установленного в составе колонны труб 5. Поршень 9 совершает относительно цилиндра 8 ограниченное возвратно-поступательное перемещение. При этом в процессе движения поршня 9 вверх происходит всасывание жидкости из водоносного пласта 1 через заколонное пространство 17 скважины 2 ниже пакера 4 в подпоршневую полость 14 насоса 7, при этом всасывающий клапан 6 открыт, а клапан 11 насоса 7 закрыт. Далее происходит перемещение штанг 15, и соответственно, жестко соединенного с ним поршня 9 насоса 7 вниз, при этом клапан 11 насоса 7 открывается, а всасывающий клапан 6 закрывается и происходит заполнение внутренней полости поршня 9 жидкостью из подпоршневой полости 14 насоса 7. Процесс заполнения внутренней полости поршня 9 продолжается до тех пор, пока поршень 9 не достигнет крайнего нижнего положения.
При последующем ходе поршня 9 вверх жидкость из внутренней полости поршня 9 через сквозное продольное отверстие 10 вытесняется в надпоршневую полость 13 и далее через канал 12, благодаря тому, что пространство между колонной труб 5 и колонной насосных штанг 15 и заколонное пространство 16 выше пакера 4 на устье скважины 2 загерметизировано, попадает в заколонное пространство 16 выше пакера 4 и закачивается в нефтеносный пласт 3 скважины 2. Параллельно с этим происходит всасывание жидкости из водоносного пласта 1 через заколонное пространство 17 скважины 2 выше пакера 4 в подпоршневую полость 14 насоса 7, при этом всасывающий клапан 6 открыт, а клапан 11 насоса 7 закрыт. При дальнейшем перемещении поршня 9 вверх цикл работы установки повторяется.
Циклическая закачка жидкости в нефтеносный пласт 3 продолжается до тех пор, пока не кончится жидкость в заколонном пространстве 17. Это происходит при условии, если производительность насоса 8 превышает дебит (отдачу) жидкости из водоносного пласта 1 в заколонное пространство 17.
По окончании закачиваемой жидкости в заколонном пространстве 17 прекращается заполнение подпоршневой полости 14 цилиндра 8 насоса 7, в связи с чем вес колонны насосных штанг 15 увеличивается, то есть достигает максимальной нагрузки, на что реагирует пьезометрический датчик нагрузки, установленный на колонне насосных штанг 15 на устье скважины, который подает сигнал на пульт управления на отключение привода. Установка отключается на время заполнения заколонного пространства 17 жидкостью из водоносного пласта 1. В процессе заполнения заколонного пространства 17 пьезометрический датчик тестирует нагрузку на колонне насосных штанг 15, которая уменьшается по мере заполнения заколонного пространства 17, и по мере достижения минимальной нагрузки пьезометрический датчик дает сигнал на пульт управления на включение привода.
Предлагаемая установка для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт имеет простую конструкцию, кроме того, насос глубинного исполнения устанавливается непосредственно в интервале водоносного и нефтеносного пластов скважины, что позволяет повысить эффективность работы насоса.
Установка позволяет экономить электроэнергию, так как в процессе цикла нагнетания происходит движение колонны штанг, жестко связанной с поршнем, вниз, при этом насос работает в рекуперативном режиме с отдачей электроэнергии в промысловую сеть.
Установка для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт, содержащая пакер, колонну труб со всасывающим клапаном, насос, отличающаяся тем, что насос выполнен в виде погружного штангового насоса, который установлен выше всасывающего клапана в составе колонны труб, дополнительно оснащенной каналом, через который надпоршневая полость насоса сообщена с нефтеносным пластом, и имеющей возможность ее герметизации на устье скважины с насосными штангами штангового насоса, при этом подпоршневая полость насоса имеет возможность сообщения с водоносным пластом при открытом положении всасывающего клапана, а колонна насосных штанг имеет датчик веса, установленный на устье скважины и имеющий возможность отключения и включения привода насоса в зависимости от заполнения заколонного пространства жидкостью из водоносного пласта.
