Установка для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин на поздней стадии эксплуатации нефтяного месторождения, обеспечивает повышение рентабельности эксплуатации за счет подъема на поверхность нефти с минимальным, регулируемым с поверхности количеством воды, поступающим из нефтяного пласта, и закачки большей части воды в вышележащий принимающий пласт для утилизации или поддержания пластового давления. Сущность изобретения: установка включает пакер в промежутке между перфорированными пластами, колонну насосных труб с обратным клапаном и радиальными отверстиями для сообщения с межтрубным пространством над пакером, скважинный насос с возможностью сообщения его приемной части с полостью скважины под пакером, а нагнетательной части - с полостью насосных труб и с межтрубным пространством скважины через радиальные отверстия и систему изменения расхода жидкости на устье скважины. Согласно изобретению ниже радиальных отверстий в колонне насосных труб установлено несколько труб меньшего диаметра, расположенных выше вышележащего принимающего пласта. Скважинный насос выполнен с возможностью регулирования производительности таким образом, чтобы скорость движения воды в межтрубном пространстве от радиальных отверстий вниз к принимающему пласту не превышала скорости всплытия нефти в воде, площадь проходного сечения радиальных отверстий - не менее площади сечения полости насосных труб выше радиальных отверстий. При этом от устья до принимающего пласта размещена трубка, герметично установленная на устье, сообщающая полость межтрубного пространства в интервале принимающего пласта через запорный орган с устьевым измерительным оборудованием. В скважине на выходе из насоса установлен расходомер, а на выкидной линии - наземный расходомер. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин на поздней стадии разработки нефтяного месторождения.

Известно «Устройство для одновременной раздельной добычи скважинной продукции и закачки воды в пласт» (патент RU №2297521, Е21В 43/14, опубл. Бюл. №11 от 20.04.2007 г.), включающее перфорированную в интервале верхнего продуктивного пласта и нижнего принимающего пластов обсадную колонну, колонну насосно-компрессорных труб, верхний и нижний насосы и камеру-накопитель. Колонна насосно-компрессорных труб от обводненной части продуктивного пласта выполнена перфорированной. В качестве нижнего насоса, закачивающего воду в принимающий пласт, использован электроцентробежный насос (ЭЦН), обращенный вниз, расположенный ниже продуктивного пласта и имеющий снизу хвостовик с обратным клапаном и пакером, устанавливаемым в скважине над кровлей принимающего пласта. Верхний насос для откачки нефти размещен в колонне насосно-компрессорных труб под динамическим уровнем накопленной нефти.

Недостатками устройства являются: во-первых, его высокая стоимость и, как следствие, низкая рентабельность, поскольку в скважине используются две насосные установки; во-вторых, ограниченная область его применения, поскольку, чтобы разместить ЭЦН с погружным электродвигателем и пакером между принимающим и продуктивным пластами, расстояние между ними должно быть не менее 30 м, что практически невозможно обеспечить в одном нефтеносном горизонте, а закачка воды в другой горизонт может быть произведена только при условии совместимости вод этих горизонтов; в-третьих, устройство не позволяет произвести закачку воды в ближайший доступный из скважины вышележащий принимающий пласт.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является «Установка для эксплуатации скважины» (патент RU№2335625, Е21В 43/14, опубл. Бюл. №28 от 10.10.2008 г.), предназначенная для перекачки части воды из нижележащего водяного пласта в вышележащий нефтяной пласт, а другой части воды - через выкидную линию в другие нагнетательные скважины. Установка содержит пакер в промежутке между пластами, колонну труб с всасывающим клапаном и радиальными отверстиями для сообщения с межтрубным пространством, электроцентробежный насос, приемная часть которого сообщена с подпакерным пространством, а нагнетательная - с полостью колонны насосных труб и систему изменения расхода жидкости.

Недостатком установки является то, что при применении ее для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин с подъемом нефти и небольшой части воды на поверхность и закачки основной части воды в вышележащий принимающий пласт не исключена вероятность закачки туда и нефти, поскольку в установке не предусмотрена сепарация воды и нефти, а также отсутствуют средства контроля над количеством и качеством нагнетаемой в принимающий пласт воды.

Технической задачей изобретения является повышение рентабельности эксплуатации высокообводненных скважин за счет подъема на поверхность всей нефти и небольшого количества воды, поступающей из высокообводненного нефтяного пласта, и закачки большей части воды в вышележащий принимающий пласт без подъема ее на поверхность, а также обеспечение контроля над количеством и качеством нагнетаемой в принимающий пласт воды.

Техническая задача решается установкой для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин, включающей пакер в промежутке между перфорированными пластами, колонну насосных труб с обратным клапаном и радиальными отверстиями для сообщения с межтрубным пространством над пакером, скважинный насос с возможностью сообщения его приемной части с полостью скважины под пакером, а нагнетательной части - с полостью насосных труб и с межтрубным пространством скважины через радиальные отверстия, и систему изменения расхода жидкости на устье скважины.

Новым является то, что ниже радиальных отверстий в колонне насосных труб установлено несколько труб меньшего диаметра, расположенных выше вышележащего принимающего пласта, скважинный насос выполнен с возможностью регулирования производительности таким образом, чтобы скорость движения воды в межтрубном пространстве от радиальных отверстий вниз к принимающему пласту не превышала скорости всплытия нефти в воде, площадь проходного сечения радиальных отверстий - не менее площади сечения полости насосных труб выше радиальных отверстий, при этом от устья до принимающего пласта размещена трубка, герметично установленная на устье, сообщающая полость межтрубного пространства в интервале принимающего пласта через запорный орган с устьевым измерительным оборудованием, в скважине на выходе из насоса установлен расходомер, а на выкидной линии - наземный расходомер.

Новым также является то, что внутренняя поверхность трубки выполнена гидрофильной.

Новым также является то, что в составе колонны насосных труб над трубами меньшего диаметра установлен скважинный сепаратор воды и нефти.

На фиг.1 схематично показан общий вид установки для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин, на фиг.2 - то же, вариант выполнения с сепаратором.

Установка для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин (см. фиг.1) включает пакер 1, размещенный в промежутке между перфорированными вышележащим принимающим 2 и продуктивным 3 пластами, колонну насосных труб 4 с обратным клапаном 5 и радиальными отверстиями 6 для сообщения с межтрубным пространством 7 над пакером 1, скважинный насос 8 с возможностью сообщения его приемной части 9 с полостью скважины 10 под пакером 1, а нагнетательной части 11 - с полостью 12 насосных труб 4 и с межтрубным пространством скважины 7 через радиальные отверстия 6, а также систему изменения расхода жидкости 13 на устье 14.

Ниже радиальных отверстий 6 в колонне насосных труб 4 установлено несколько труб меньшего диаметра 15, расположенных выше принимающего пласта 2. Скважинный насос 8 выполнен с возможностью регулирования производительности. Площадь проходного сечения радиальных отверстий 6 не менее площади сечения полости 16 насосных труб 4 выше радиальных отверстий 6. От устья 14 до принимающего пласта 2 размещена трубка 17, герметично установленная на устье 14, сообщающая полость межтрубного пространства 7 в интервале принимающего пласта 2 через запорный орган 18 с устьевым измерительным оборудованием 19. Внутренняя поверхность трубки 17 может быть выполнена гидрофильной.

В варианте выполнения установки (см. фиг.2) в колонне насосных труб 4 над трубами меньшего диаметра 15 установлен скважинный сепаратор 20 воды и нефти.

Установка для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин работает следующим образом.

В скважине 21 (см. фиг.1) собирают компоновку оборудования и пускают в работу насос 8, в качестве которого может быть использован штанговый или электропогружной насос (колонна штанг или электрокабель условно не показаны). Жидкость из высокообводненного продуктивного пласта 3 поступает в полость 10 под пакером 1, откуда через обратный клапан 5 в приемную часть 9 насоса 8, которым нагнетается в полость 12 колонны насосных труб 4, поднимается до радиальных отверстий 6 и попадает в межтрубное пространство 7. В межтрубном пространстве 7 происходит гравитационное разделение жидкости продуктивного пласта на воду и нефть. За счет давления, создаваемого насосом 8, нефть по полости 16 колонны насосных труб 4 и по межтрубному пространству 7, расположенным выше радиальных отверстий 6, поднимается к устью 14 скважины 21, а вода, имеющая большую, чем нефть, плотность, занимает межтрубное пространство 7 ниже радиальных отверстий 6. При дальнейшей работе насоса 8 нефть через систему изменения расхода 13 поступает в выкидную линию 22. Расход нефти поддерживают таким образом, чтобы обеспечить наименьшее количество поступающей с ней воды, при этом в скважине 21 создается избыточное давление, под действием которого, а также и под действием давления столба жидкости в скважине 21 вода залавливается в принимающий пласт 2.

Размещенная в скважине 21 трубка 17 позволяет осуществлять контроль над качеством закачиваемой в принимающий пласт 2 воды, для чего запорный орган 18 открывают, и вода, находящаяся в интервале принимающего пласта 2, под действием избыточного давления в скважине 21 поднимается к устью и поступает в устьевое измерительное оборудование 19, например, в пробоотборник 23 с последующим лабораторным анализом пробы воды на наличие в ней нефти, и (или) в проточный анализатор 24 нефти в воде с передачей показаний о концентрации нефти в воде на диспетчерский пульт. Герметичность установки трубки 17 на устье 14 обеспечивается известным, например, сальниковым уплотнителем (не показан), что препятствует загрязнению устьевого оборудования.

При использовании установки на скважинах с высокопарафинистой нефтью продуктивного пласта 3, с целью исключения возможного в процессе длительного периода работы установки оседания в трубке 17 частиц парафина, внутреннюю поверхность трубки 17 выполняют гидрофильной, например, покрытием эпоксидными смолами.

Установка позволяет производить контроль над количеством закачиваемой в принимающий пласт воды, для чего на выходе из насоса 8 устанавливают скважинный расходомер (не показан) с выводом данных на поверхность, а на выкидной линии 22 устанавливают наземный расходомер (не показан) и по разности показаний скважинного и наземного расходомеров определяют количество закачиваемой в принимающий пласт 2 воды.

Производительность насоса 8 регулируется таким образом, чтобы скорость движения воды в межтрубном пространстве 7 от радиальных отверстий 6 вниз к принимающему пласту 2 не превышала скорость всплытия нефти в воде, что зависит от соотношения их плотностей, различного в условиях каждой конкретной скважины. При применении штангового насоса 8 производительность регулируют изменением рабочих параметров его привода (длины хода полированного штока и частоты качаний). При применении электропогружного насоса 8 производительность может быть изменена, например, регулятором изменения частоты вращения электродвигателя.

Площадь радиальных отверстий 6 выполнена не менее, чем площадь сечения полости 16 колонны насосных труб 4 выше радиальных отверстий 6, что позволяет жидкости продуктивного пласта 3 без сопротивления и, соответственно, потерь давления, снижающих КПД установки, поступать в межтрубное пространство 7, а при подъеме продукции к устью 14 обеспечивать равенство давлений, а значит, и скоростей ее движения в межтрубном пространстве 7 и в полости 16 колонны насосных труб 4.

Подъем продукции на устье 14 производится параллельно по колонне насосных труб 4 и по межтрубному пространству 7 выше радиальных отверстий 6, что позволяет значительно снизить скорость движения продукции вверх, при этом отделяющаяся от нефти вода успевает под действием силы тяжести уходить вниз.

Поскольку скорость движения воды в межтрубном пространстве 7 от радиальных отверстий 6 вниз при прочих равных условиях зависит от площади поперечного сечения межтрубного пространства 7, то с целью снижения этой скорости ниже радиальных отверстий в колонне насосных труб установлено несколько насосных труб меньшего диаметра 15, что позволяет увеличить площадь поперечного сечения межтрубного пространства 7, снизить скорость движения воды вниз, исключая увлечение нефти водой, и при необходимости повысить производительность закачки воды в принимающий пласт 2.

Обратный клапан 5 препятствует перетоку жидкости в полость 10 скважины 21 под пакером 1 при отключении насоса 8.

При применении в установке, например, электроцентробежного насоса при его работе возможно образование более устойчивой водонефтяной эмульсии, для разделения которой в скважине 21 на нефть и воду в компоновку скважинного оборудования может быть введен скважинный сепаратор 20 (см. фиг.2), например гидроциклонный, размещенный под радиальными отверстиями 6 в колонне насосных труб 4 и над трубами меньшего диаметра 15. Отделенная сепаратором 20 вода поступает в межтрубное пространство 7, по которому нагнетается в принимающий пласт 2, а нефть по полости 16 колонны насосных труб 4 и межтрубному пространству 7 выше радиальных отверстий 6 поступает на устье 14.

Применение установки позволяет повысить рентабельность эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин за счет подъема на поверхность всей нефти и минимального, регулируемого с поверхности количества воды, поступающей из высокообводненного нефтяного пласта, и закачки большей части воды в вышележащий принимающий пласт с целью утилизации или поддержания пластового давления без подъема ее на поверхность, а также обеспечить необходимый контроль над количеством и качеством нагнетаемой в вышележащий принимающий пласт воды.

1. Установка для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин, включающая пакер в промежутке между перфорированными пластами, колонну насосных труб с обратным клапаном и радиальными отверстиями для сообщения с межтрубным пространством над пакером, скважинный насос с возможностью сообщения его приемной части с полостью скважины под пакером, а нагнетательной части - с полостью насосных труб и с межтрубным пространством скважины через радиальные отверстия, и систему изменения расхода жидкости на устье скважины, отличающаяся тем, что ниже радиальных отверстий в колонне насосных труб установлено несколько труб меньшего диаметра, расположенных выше вышележащего принимающего пласта, скважинный насос выполнен с возможностью регулирования производительности таким образом, чтобы скорость движения воды в межтрубном пространстве от радиальных отверстий вниз к принимающему пласту не превышала скорости всплытия нефти в воде, площадь проходного сечения радиальных отверстий - не менее площади сечения полости насосных труб выше радиальных отверстий, при этом от устья до принимающего пласта размещена трубка, герметично установленная на устье, сообщающая полость межтрубного пространства в интервале принимающего пласта через запорный орган с устьевым измерительным оборудованием, в скважине на выходе из насоса установлен расходомер, а на выкидной линии - наземный расходомер.

2. Установка для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность трубки выполнена гидрофильной.

3. Установка для эксплуатации высокообводненных нефтяных скважин по п.1, отличающаяся тем, что в составе колонны насосных труб над трубами меньшего диаметра установлен скважинный сепаратор воды и нефти.