Устройство для раздельной добычи нефти и воды
Устройство предназначено для использования в области нефтедобычи при раздельной добычи нефти и воды без подъема воды на поверхность на месторождениях с высокой вязкостью нефти. Техническим результатом является увеличение отбора нефти из пласта, а также снижение энергетических и материальных затрат. Устройство содержит неподвижный ступенчатый цилиндр с установленным в нем дифференциальным плунжером, включающий всасывающий и нагнетательный клапаны, свободный поршень, систему лифта низкого давления для подачи воды в цилиндр и лифта высокого давления для закачки воды в пласт, пакер и дополнительную камеру с всасывающим и нагнетательным клапанами и герметизирующим элементом, обеспечивающую гидравлическую связь нижнего цилиндра с системой двухрядного лифта с пакером. Устройство снабжено дополнительным пакером, разделяющим нефтенасыщенные интервалы пласта от водонасыщенных. Цилиндр выполнен трехступенчатым, нижняя ступень которого по диаметру больше, чем средняя ступень, но меньше, чем верхняя его ступень. 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 скважинного плунжерного насоса с раздельными приемами для нефти и воды (RU 2184270 С1, 2001). Недостатком данной конструкции является ограничение по производительности при совместном подъеме нефти и воды по одному лифту, особенно при откачке высоковязкой нефти. При этом определенное количество энергии и материальных затрат расходуется на деэмульсацию обводненной нефти и утилизацию пластовой воды.
Наиболее близким техническим решением является устройство для раздельной добычи нефти и воды (RU 2296242 С1, 2005). Основной недостаток данной конструкции - низкая эффективность при разработке месторождений с высокой вязкостью нефти. В процессе разработки, когда на забой обводненной скважины поступает нефть с вязкостью в 20-100 раз выше, чем вязкость пластовой воды, нефтенасыщенные интервалы пласта практически не разрабатываются, так как при равной депрессии на нефте- и водонасыщенные части эксплуатируемого объекта основная масса жидкости поступает на забой скважины из водонасыщенной части продуктивного пласта (формула Дюпюи).
Задача изобретения - создание устройства для раздельной добычи нефти и воды с дифференцированным воздействием на пласт, что позволит увеличить отборы нефти из пласта, а также снизить 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 ступенчатый цилиндр с установленным в нем дифференциальным плунжером, включающий всасывающий и нагнетательный клапаны, свободный поршень, систему лифта низкого давления для подачи воды в цилиндр и лифта высокого давления для закачки воды в пласт, пакер и дополнительную камеру с всасывающим и нагнетательным клапанами и герметизирующим элементом, обеспечивающую гидравлическую связь нижнего цилиндра с системой двухрядного лифта с пакером, дополнительно установлен пакер, разделяющий нефтенасыщенные интервалы пласта от водонасыщенных. Кроме того, цилиндр выполнен трехступенчатым. Нижняя ступень которого по диаметру больше, чем средняя ступень, но меньше, чем верхняя его ступень.
На фиг.1 представлена схема устройства для раздельной добычи нефти и воды, на фиг.2 приведена схема устройства в момент цикла всасывания нефти, на фиг.3 приводится схема устройства, когда колонна штанг движется вниз и всасывающий клапан для нефти перекрыт, то есть отсутствует гидравлическая связь цилиндра с полостью скважины.
Установка содержит ступенчатый цилиндр с верхней (1), средней (2) и нижней (3) ступенями и с отверстиями (4) и (5) для приема нефти, дифференциальный плунжер (6), включающий поршень (7) верхней ступени цилиндра и патрубок (8), верхний поршень (9) средней ступени цилиндра, нижний поршень (10) средней ступени цилиндра, с отверстиями для гидравлической связи нижнего с полостью среднего цилиндра; соединительный патрубок (11) с окнами для приема нефти, всасывающий клапан (12) для нефти, нагнетательный клапан (13) для нефти, свободный поршень (14), дополнительную камеру (15) с всасывающим (16) и нагнетательным (17) клапанами и герметизирующим элементом (18), подъемный лифт (19) для нефти; лифт низкого давления (20) для подачи воды в цилиндр, устройство для приема воды (21), лифт высокого давления (22) для закачки воды в нижележащий пласт, нижний пакер (23), верхний пакер (24), колонна штанг (25).
Герметизирующее устройство (18) представляет собой пару, седло - клапан. Седло устанавливается в верхней части лифтовых труб высокого давления (22), а конусный клапан располагается в нижней части дополнительной камеры (15).
Герметизация обеспечивается при посадке клапана в седло, то есть так же, как при использовании вставных насосов в нефтедобыче.
Устройство работает следующим образом.
Дифференциальный плунжер (6) находится в крайнем нижнем положении, клапаны (12), (13), (16), (17) закрыты. Свободный поршень (14) - в крайнем нижнем положении в цилиндре (3). Дополнительная камера (15) заполнена пластовой водой, давление в ней максимальное и равно давлению на выходе нагнетательного клапана (17). При перемещении штанг (25) с дифференциальным плунжером (6) вверх давление в цилиндре (3) и в полости дополнительной камеры (15) начнет падать. В момент, когда давление снизится до давления на входе клапана (16), всасывающий клапан откроется, и пластовая вода из лифта низкого давления (20) начнет поступать первоначально в полость дополнительной камеры (15), а затем - в нижний цилиндр (3) (фиг.1). Процесс цикла всасывания пластовой воды в цилиндр (3) продолжается до тех пор, пока свободный поршень (14) не достигнет крайнего верхнего положения, приведенного на фиг.2.
На фиг.2 приводится схема устройства в момент цикла всасывания нефти, то есть свободный поршень (14) неподвижен и располагается у нижнего торца цилиндра (2), поршень (9) движется вверх и располагается выше радиальных отверстий (5). Средняя ступень цилиндра гидравлически связана с затрубным пространством скважины. Давление под поршнем (10) падает, и в момент, когда давление снизится до давления на приеме всасывающего клапана (12), нефть из скважины начнет поступать в цилиндр (2). Цикл всасывания нефти будет продолжаться до тех пор, пока поршень (10) не займет крайнее верхнее положение.
На фиг.3 приводится схема устройства, когда колонна штанг (25) движется вниз и всасывающий клапан для нефти перекрыт, то есть 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 входе клапана (13) сравняются, откроется нагнетательный клапан, и нефть из цилиндра (2) начнет перетекать в полость труб (19). Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока поршень (10) не достигнет линии раздела нефти и воды, где располагается свободный поршень (14). На фиг.4 изображено устройство, когда поршень (10) движется вниз совместно с поршнем (14). Камера, заполненная водой, уменьшается в объеме, в ней растет давление. Когда давление достигнет величины давления на выходе клапана (17), нагнетательный клапан откроется, и вода начнет поступать в нижележащий пласт. Процесс нагнетания воды в нижележащий пласт обеспечивается гидравлической силой, действующей сверху вниз на поршень (10) и обусловленной конструкцией данного устройства, и будет продолжаться до тех пор, пока поршень (10) не достигнет крайнего нижнего положения. При ходе штанг вверх цикл работы устройства повторится.
Устройство для раздельной добычи нефти и воды, содержащее неподвижный ступенчатый цилиндр с установленным в нем дифференциальным плунжером, включающий всасывающий и нагнетательный клапаны, свободный поршень, систему лифта низкого давления для подачи воды в цилиндр и лифта высокого давления для закачки воды в пласт, пакер и дополнительную камеру с всасывающим и нагнетательным клапанами и герметизирующим элементом, обеспечивающую гидравлическую связь нижнего цилиндра с системой двухрядного лифта с пакером, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительным пакером, разделяющим нефтенасыщенные интервалы пласта от водонасыщенных, а цилиндр выполнен трехступенчатым, нижняя ступень которого по диаметру больше, чем средняя ступень, но меньше, чем верхняя его ступень.
