Установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки воды в пласт
Предлагаемое изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для одновременно раздельной добычи нефти и закачки воды в обводненных скважинах. Установка включает центробежный насос с погружным электродвигателем, дополнительную нижнюю секцию насоса с приводом от погружного двигателя, гидрозащиты двигателя, пакер, патрубок. Пакер разобщает продуктивный и водопоглощающий пласты. Патрубок сообщает нижнюю секцию насоса с подпакерным пространством и имеет на нижнем конце плунжер. Плунжер герметично входит в цилиндр, установленный в пакере. Прием дополнительной секции насоса, расположенной в его верхней части, сообщен плоской трубой со скважинным пространством ниже продуктивного пласта. Лопатки рабочих колес нижней секции насоса выполнены для противоположного направления вращения. Рабочие колеса размещены на валу нижней секции насоса в перевернутом положении. В случае расположения водного пропластка продуктивного пласта над нефтяным в нижней части патрубка установлена глухая перегородка. Выше перегородки выполнено отверстие для поступления воды из скважины в патрубок. Ниже перегородки выполнено отверстие для поступления воды в подпакерное пространство из верхней части дополнительной секции насоса через плоскую трубу. В приемной части дополнительной секции насоса установлен центробежный сепаратор для отделения нефти и вывода ее через боковое отверстие в корпусе насоса в скважину. 4 ил., 1 табл.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для одновременно раздельной добычи нефти и закачки воды в обводненных скважинах, оборудованных установками электроцентробежных насосов.
Известно, что для добычи нефти из обводненного пласта и закачки отделившейся в стволе скважины попутно-добываемой воды в нижележащий поглощающий горизонт применяются установки винтовых /1/ и штанговых /2/ насосов. Установки представляют собой сдвоенные насосы, верхние из которых откачивают нефть с небольшим количеством воды на поверхность, а нижние откачивают расслоившуюся в стволе скважины воду в подпакерную зону и далее в поглощающий пласт через патрубок, проходящий через пакер. Приемные отверстия в насосных установках для нефти расположены выше приемных отверстий для воды. Для устранения нагрузок на пакер, приводящих к его разгерметизации в период эксплуатации, а также защиты корпусов насосов от осевых нагрузок при посадке пакера известно применение скользящего разъема в верхней части патрубка, проходящего через пакер /3/.
Устройства обладают недостатком, который заключается в том, что для обеспечения раздельного отбора нефти и воды насос спускают непосредственно в зону продуктивного пласта, т.к. расстояние между приемными отверстиями нефти и воды в насосе небольшие. Спуск насосов в зону продуктивного пласта осуществляется с целью обеспечения движения водной фазы вниз после выхода продукции в ствол скважины, а нефтяной вверх. Небольшие расстояния между приемными отверстиями не позволяют обеспечить достаточно полное разделение фаз.
Другой причиной, приводящей к ухудшению расслоения нефти и воды в скважине может явиться неблагоприятное расположение водных и нефтяных пропластков в разрезе продуктивного горизонта, а именно верхнее расположение водного и нижнее расположение нефтяного пропластков. В продуктивной зоне скважины возникает противоток жидкостей, при котором возможен унос части воды восходящим потоком нефти или унос части нефти нисходящим потоком воды. Попадание некоторого количества нефти в водоносный горизонт является недопустимым.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство для одновременно раздельной добычи нефти и закачки отделившейся воды в скважинах, оборудованных установками электроцентробежных насосов /4/. Оно включает расположенную на одном валу с основным насосом дополнительную нижнюю секцию насоса, в которую поступает пластовая вода через радиальные каналы в корпусе. Далее эта вода нагнетается рабочими ступенями нижней секции в подпакерную зону скважины из выкида последней ступени через концентрическую полость, образованную внутренним и внешним корпусами, наклонные радиальные каналы и патрубок, проходящий через пакер.
Устройство также обладает недостатком, заключающимся в близком расположении приемных отверстий для воды и нефти в насосе. Для того чтобы прием для воды располагался ниже продуктивного пласта, электроцентробежный насос необходимо спускать ниже продуктивного пласта, что практически осуществить сложно, а в ряде случаев, невозможно.
Целью предлагаемого изобретения является предупреждение попадания нефтяной фазы в закачиваемую в нижележащий водопоглощающий пласт воду.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем центробежный насос с погружным электродвигателем, дополнительную нижнюю секцию насоса с приводом от погружного двигателя, гидрозащиты двигателя, пакер, разобщающий продуктивный и водопоглощающий пласты, патрубок, сообщающий нижнюю секцию насоса с подпакерным пространством и имеющий на нижнем конце плунжер, герметично входящий в цилиндр, установленный в пакере, прием дополнительной секции насоса, расположенной в его верхней части, сообщен плоской трубой со скважинным пространством ниже продуктивного пласта, а лопатки рабочих колес нижней секции насоса выполнены для противоположного направления вращения, причем рабочие колеса размещены на валу нижней секции насоса в перевернутом положении, а в случае расположения водного пропластка продуктивного пласта над нефтяным, в нижней части патрубка установлена глухая перегородка, выше которой выполнено отверстие для поступления воды из скважины в патрубок, а ниже выполнено отверстие для поступления воды в подпакерное пространство из верхней части дополнительной секции насоса через плоскую трубу, причем в приемной части дополнительной секции насоса установлен центробежный сепаратор для отделения нефти и вывода ее через боковое отверстие в корпусе насоса в скважину.
На фиг.1-4 показаны схемы предлагаемого устройства. На фиг.1 и 3 показано устройство, используемое при при полном разделении нефти и воды в скважинном пространстве. На фиг.2 и 4 показано устройство, используемое при неполном разделении фаз.
В скважину 1 на колонне насосно-компрессорных труб 2 спущена установка, состоящая из основного электроцентробежного насоса 3, приемного модуля 4, гидрозащит 5 и 6, погружного электродвигателя 7, дополнительной секции 8, насоса на валу 9 которого расположены перевернутые рабочие колеса 10 с лопатками противоположного направления вращения. Верхняя часть дополнительной секции сообщена с плоской трубой 11 открытый нижний конец которой расположен ниже продуктивного пласта 12. Нижняя часть дополнительной секции насоса соединена с патрубком 13, имеющим на нижнем конце проходной плунжер 14, герметично входящий в цилиндр 15, проходящий через пакер 16. Пакер 16 расположен над водопоглощающим пластом 17.
При неполном расслоении нефти и воды в скважине (фиг.2 и 4) патрубок 13 имеет в нижней части глухую перегородку с отверстиями по обе стороны 19 и 20 соответственно для поступления воды из скважины в патрубок 13 и нагнетания воды в подпакерное пространство. Рабочие колеса 21 выполнены одинакового исполнения с рабочими колесами основного насоса 3. На приеме дополнительной секции насоса 8 установлен центробежный сепаратор 22 с выходным отверстием для нефтяной фазы.
Работа установки состоит в следующем.
В скважину 1 спускают пакер 16 с расположенным в нем цилиндром 15. Далее в скважину спускают установку электроцентробежного насоса вместе с патрубком 13, который войдя в цилиндр 15 своим проходным плунжером 14 разобщает надпакерное пространство скважины от подпакерного. Такая операция позволяет снимать осевые нагрузки с корпуса установки при посадке пакера, а так же вибрационные нагрузки на пакер от работающей установки. После запуска установки в работу обводненная продукция пласта 12, поступая в скважину расслаивается на нефть и воду в силу разности их плотностей. Водная фаза в силу большей плотности занимает нижнюю часть забойного участка ствола скважины, а нефтяная фаза, выходя из пласта распадается на капли и всплывает вверх к приемному модулю 4, поступает в основной насос вместе с небольшим количеством воды и откачивается на поверхность.
Основной объем воды, выходя из пласта движется вниз и поступает в открытый прием плоской трубы 11. Далее водная фаза через трубу 11 поступает в верхнюю часть дополнительной секции 8 насоса и рабочими ступенями 10 откачивается через патрубок 13 вниз в подпакерное пространство и далее в пласт 17. Выполнение лопаток рабочих колес 10 с обратным направлением по отношению к рабочим колесам основного насоса 3 позволяет им развивать напор при одном и том же направлении вращения вала 9 и дополнительной секции. Для предупреждения попадания жидкости в погружной электродвигатель с обоих его сторон установлены гидрозащиты 5 и 6.
Во избежание попадания нефти к открытому приему плоской трубы 11 и далее в пласт 17 производительность дополнительной секции 8 насоса должна быть меньше количества поступающей в скважину воды. В таком случае в приемный модуль 4 будет вместе с нефтью поступать небольшое количество остаточного объема воды и уровень раздела «нефть-вода » установится непосредственно у приемного модуля 4.
Расположение приемов установки для нефти и воды на значительном расстоянии друг от друга и по обе стороны продуктивного пласта позволяет достигать расслоение пластовых жидкостей и их раздельный отбор.
Полное разделение нефти и воды будет происходить при верхнем расположении нефтяного пропластка в продуктивном пласте 12. В тех случаях, когда нефтяной пропласток в продуктивном пласте располагается ниже водного в интервале перфорации пласта 12 будет иметь место встречное движение нефти и воды. При высоких скоростях движения фаз может произойти унос нефтяной фазы водной или водной фазы нефтяной. Произойдет так называемое «захлебывание» потока дрейфа при встречном движении фаз. В таблице приведены предельные значения дебитов нефти и воды в интервале перфорации, при которых может произойти «захлебывание» потоков, полученные для ряда нефтяных месторождений Урало-Поволжья.
| Qн, м3/сут | 29,8 | 19,6 | 13,2 | 7,59 | 5,26 | 1,85 | 0 |
| Qв, м3/сут | 0 | 14,8 | 28,3 | 34,3 | 52,1 | 71,0 | 108,0 |
Таблица показывает, что в столбе неподвижной нефти предельный дебит движущейся вниз воды составляет 108 м3/сут. И, напротив, предельное значение дебита всплывающей нефти в неподвижном столбе воды составляет 29,8 м3/сут. В таблице также приведены промежуточные значения предельных дебитов движущихся навстречу нефти и воды.
В условиях нарушения процесса расслоения нефти и воды в скважине водный поток, движущийся вниз, может уносить с собой некоторую часть нефтяной фазы, которая попадает в водоносный пласт 17. В этих случаях применяется схема, показанная на фиг.2 и 4. Движущаяся вниз водная фаза с небольшим количеством нефти поступает в приемное отверстие 19 и по патрубку 13 входит на прием дополнительной секции 8. Пройдя через центробежный сепаратор 22 и освобожденная от нефти вода рабочими колесами 21 будет нагнетаться в плоскую трубу 11 и через отверстие 20 попадать в подпакерное пространство. Нефтяная фаза, отделившаяся в сепараторе 22 через отверстие 23 будет выводиться в ствол скважины. В данном случае направление лопаток рабочих колес 21 и расположение колес на 9 аналогичны колесам основного насоса 3.
Технико-экономическое преимущество предлагаемого устройства является надежность утилизации основного объема попутно-добываемой воды в скважине за счет предупреждения попадания нефтяной фазы в эту воду.
Литература
1. Патент РФ №2284410, E21B, 43/40. Скважинная насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт / Фассахов Р.Х., Бадретдинов А.Н., Валеев A.M. Заявл. 31.05.2004. Опубл. 27.09.2006. БИ №27.
2. Патент РФ №106677 на полезную модель. Штанговая насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт / Валеев М.Д., Лищук А.Н., Гиматдинов А.А. и др. Заявл. 05.04.2010. Опубл. 20.07.2011. БИ №20.
3. Патент РФ №74163 на полезную модель. Скважинная насосная установка для одновременно - раздельной добычи нефти / Валеев A.M., Пальчиков А.Л., Павлов Е.Г. и др. Заявл. 06.12.2007. Опубл. 20.06.2008. БИ №17.
4. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2010113180/03 (018521) «Установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки попутной воды в пласт», от 01.08.2011. Заявл. 05.04.2010/ Валеев М.Д., Газаров А.Г., Бадретдинов A.M., Масенкин В.А.
Установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки воды в пласт, включающая центробежный насос с погружным электродвигателем, дополнительную нижнюю секцию насоса с приводом от погружного двигателя, гидрозащиты двигателя, пакер, разобщающий продуктивный и водопоглощающий пласты, патрубок, сообщающий нижнюю секцию насоса с подпакерным пространством и имеющий на нижнем конце плунжер, герметично входящий в цилиндр, установленный в пакере, отличающаяся тем, что, с целью предупреждения попадания нефтяной фазы в закачиваемую в нижележащий водопоглощающий пласт воду, прием дополнительной секции насоса, расположенной в его верхней части, сообщен плоской трубой со скважинным пространством ниже продуктивного пласта, а лопатки рабочих колес нижней секции насоса выполнены для противоположного направления вращения, причем рабочие колеса размещены на валу нижней секции насоса в перевернутом положении, а в случае расположения водного пропластка продуктивного пласта над нефтяным в нижней части патрубка установлена глухая перегородка, выше которой выполнено отверстие для поступления воды из скважины в патрубок, а ниже выполнено отверстие для поступления воды в подпакерное пространство из верхней части дополнительной секции насоса через плоскую трубу, причем в приемной части дополнительной секции насоса установлен центробежный сепаратор для отделения нефти и вывода ее через боковое отверстие в корпусе насоса в скважину.
