Устройство для раздельной добычи нефти и воды

Устройство предназначено для использования в области нефтедобычи для раздельной добычи нефти и воды без подъема пластовой воды на поверхность. Устройство содержит неподвижный цилиндр с приемами для нефти и воды, подвижный плунжер, включающий всасывающий и нагнетательный клапаны и два поршня. Поршни соединены патрубком с окнами для приема нефти. Цилиндр выполнен ступенчатым. Верхняя ступень цилиндра по диаметру больше, чем нижняя. Каждая из них гидравлически связана с затрубным пространством скважины. В нижней ступени цилиндра дополнительно установлен свободный поршень. Устройство позволит повысить эффективность в нефтедобыче, сократить потери легких углеводородов, а также снизить энергетические и капитальные затраты в процессе разработки нефтяной залежи. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений, а также в системе промыслового сбора добываемой продукции, что позволит повысить эффективность в нефтедобыче и сократить потери легких углеводородов.

Известна конструкция глубинного штангового насоса для раздельной добычи нефти и воды из добывающих скважин (SU 1323743 А2, 1985).

Недостатком данной конструкции является узкая область применения из-за ее малой производительности. Наиболее близким техническим решением к заявленному является скважинный плунжерный насос с раздельными приемами для нефти и воды (RU 2184270 C1, 2001).

Основным недостатком данной конструкции является то, что подъем нефти и воды на поверхность осуществляется по одному лифту, т.е. ограничена возможность по производительности, особенно при откачке высоковязкой нефти. При этом определенное количество энергии и материальных затрат расходуется на деэмульсацию обводненной нефти и утилизацию пластовой воды.

Задача изобретения - создание устройства для раздельной добычи нефти и воды без подъема пластовой воды на поверхность, что позволит снизить потери легких углеводородов, а также энергетические и материальные затраты на обезвоживание нефти и утилизацию пластовой воды,

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для раздельной добычи нефти и воды, содержащем неподвижный цилиндр с приемами для нефти и воды, подвижный плунжер, включающий всасывающий и нагнетательный клапаны и два поршня, соединенные между собой патрубком с окнами для приема нефти, цилиндр насоса выполнен ступенчатым, верхняя ступень цилиндра по диаметру больше, чем нижняя, и каждая из них гидравлически связана с затрубным пространством скважины, причем в нижней ступени цилиндра дополнительно установлен свободный поршень.

Кроме того, устройство снабжено дополнительной камерой с всасывающим и нагнетательным клапанами и герметизирующим элементом, обеспечивающей гидравлическую связь нижней ступени цилиндра с полостью двухрядного лифта.

На фиг.1 представлена схема устройства для раздельной добычи нефти и воды, на фиг.2 приводится схема устройства в момент цикла всасывания нефти, на фиг.3 приводится схема устройства, когда колонна штанг движется вниз и всасывающий клапан для нефти перекрыт, т.е. отсутствует гидравлическая связь цилиндра с полостью скважины, на фиг.4 изображено устройство, когда оба поршня движутся вниз.

Установка содержит ступенчатый цилиндр с верхней 1 и нижней 2 ступенями и с отверстиями 3 и 4 для приема нефти, дифференциальный плунжер 5, включающий поршень 6 верхней ступени цилиндра и патрубок 7, верхний поршень 8 нижней ступени цилиндра; нижний поршень 9 нижней ступени цилиндра; соединительный патрубок 10 с окнами для приема нефти, всасывающий клапан 11 для нефти, нагнетательный клапан 12 для нефти, свободный поршень 13, дополнительную камеру 14 с всасывающим 15 и нагнетательным 16 клапанами и герметизирующим элементом 17, подъемный лифт 18 для нефти; лифт низкого давления 19 для подачи воды в цилиндр, устройство для приема воды 20, лифт высокого давления 21 для закачки воды в продуктивный пласт, пакер 22, колонну штанг 23.

Устройство работает следующим образом.

Дифференциальным плунжер 5 находится в крайнем нижнем положении, клапаны 11, 12, 15, 16 закрыты. Свободный поршень 13 - в крайнем нижнем положении в цилиндре 2. Дополнительная камера 14 заполнена пластовой водой, и давление в ней максимальное и равно давлению на выходе нагнетательного клапана 16. При перемещении штанг 23 с дифференциальным плунжером 5 вверх давление в цилиндре 2 и в полости дополнительной камеры 14 начнет падать, и в момент, когда давление снизится до давления на входе клапана 15, всасывающий клапан откроется, и пластовая вода из лифта низкого давления 19 начнет поступать первоначально в полость дополнительной камеры 14, а затем в цилиндр 2. Процесс цикла всасывания пластовой воды в цилиндр 2 продолжается до тех пор, пока нижний торец поршня 8 не достигнет положения, приведенного на фиг.2.

На фиг.2 приводится схема устройства в момент цикла всасывания нефти, т.е. поршень 8 движется вверх и располагается выше радиальных отверстий 4. Нижняя ступень цилиндра гидравлически связана с полостью затрубного пространства скважины. Поскольку затрубное пространство скважины - это канал для подъема нефти от пласта до места спуска устройства в скважине, давление в месте радиальных отверстий 4 всегда выше, чем на входе всасывающего клапана для воды 15, но при поступлении нефти в цилиндр 2 давление в нем возрастет на определенную величину. Эта величина зависит как от плотности нефти и воды, так и от величины расстояния пласт - место установки устройства в скважине. Таким образом, при поступлении нефти в полость цилиндра 2 клапан 15 закроется, а свободный поршень 13 расположится на линии раздела нефть - вода в нижнем цилиндре. Цикл всасывания нефти будет продолжаться до тех пор, пока поршень 9 не займет крайнее верхнее положение.

На фиг.3 приводится схема устройства, когда колонна штанг 23 движется вниз и всасывающий клапан для нефти перекрыт, т.е. отсутствует гидравлическая связь цилиндра 2 с полостью скважины. Нефтяная камера в цилиндре 2 уменьшается в объеме, в ней растет давление, и когда величины давлений в цилиндре и на выходе клапана 12 сравняются, откроется нагнетательный клапан, и нефть из цилиндра начнет перетекать в полость лифтовых труб 18. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока поршень 9 не достигнет линии раздела нефти и воды, где располагается свободный поршень 13. На фиг.4 изображено устройство, когда поршень 9 движется вниз совместно с поршнем 13. Камера, заполненная водой, уменьшается в объеме, в ней растет давление, и когда давление достигнет величины на входе клапана 16, клапан откроется, и вода начнет поступать в пласт. Процесс нагнетания воды в пласт обеспечивается гидравлической силой, действующей сверху вниз на поршень 9 и обусловленной конструкцией данного устройства, и будет продолжаться до тех пор, пока поршень 9 не достигнет нижнего положения.

При ходе штанг вверх цикл работы устройства повторится.

1. Устройство для раздельной добычи нефти и воды, содержащее неподвижный цилиндр с приемами для нефти и воды, подвижный плунжер, включающий всасывающий и нагнетательный клапаны и два поршня, соединенные между собой патрубком с окнами для приема нефти, отличающееся тем, что цилиндр выполнен ступенчатым, верхняя ступень цилиндра по диаметру больше нижней и каждая из них гидравлически связана с затрубным пространством скважины, причем в нижней ступени цилиндра дополнительно установлен свободный поршень.

2. Устройство для раздельной добычи нефти и воды по п.1, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительной камерой с всасывающим и нагнетательным клапанами и герметизирующим элементом, обеспечивающей гидравлическую связь нижней ступени цилиндра с полостью двухрядного лифта.