Устройство для нагнетания жидкости в пласт
Владельцы патента RU 2539504:
Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина (RU)
Изобретение относится к скважинному оборудованию и может быть применено для перепуска жидкости из нижележащего пласта в вышележащий пласт. Устройство включает полый корпус с выпускным каналом и выступом снизу, гильзу, соосно размещенную внутри полого корпуса с возможностью осевого перемещения, сменную насадку и клапан, пропускающий жидкость изнутри наружу. Полый корпус оснащен снизу внутренней кольцевой выборкой, гильза оснащена снизу наружной кольцевой проточкой, в которой установлено стопорное кольцо, гильза зафиксирована относительно полого корпуса срезным элементом. Сверху гильза снабжена посадочным седлом под сбрасываемый в колонну насосно-компрессорных труб шар. Напротив выпускного канала полого корпуса эксцентрично установлен регулируемый клапан, состоящий из подпружиненного вниз поршня со штоком и регулировочной гайки. Ниже поршня в клапане выполнена гидравлическая камера, имеющая возможность сообщения с внутренним пространством полого корпуса, причем под действием избыточного давления в гидравлической камере поршень имеет возможность осевого перемещения вверх и сообщения гидравлической камеры с пластом через выходное отверстие клапана, которое оснащено сменной насадкой, ввернутой в выходное отверстие клапана. Технический результат заключается в повышении надежности работы устройства. 2 ил.
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленностям, в частности к скважинному оборудованию нефтегазовых месторождений, и может найти применение при перепуске жидкости из нижележащего пласта в вышележащий пласт.
Известно устройство для закачки жидкости (патент RU №2198288, МПК E21B 43/00, опубл. 10.02.2003 г.), включающее полый корпус с крышкой, дном и выпускными каналами для сообщения полости корпуса с призабойной зоной скважины, подвижный рабочий орган и каналы подачи рабочего агента, оно снабжено дополнительным верхним или нижним подвижным рабочим органом на оси вращения, расположенной в перпендикулярной плоскости по отношению к оси вращения имеющегося подвижного рабочего органа, при этом верхний рабочий орган образует с корпусом рабочие камеры, одна из которых имеет выпускной канал, и нижний рабочий орган образует с корпусом рабочие камеры, одна из которых имеет выпускной канал, а выпускные каналы выполнены в виде радиальных отверстий с одинаковой площадью поперечного сечения.
Недостатками известного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- во-вторых, его нельзя использовать при перепуске жидкости из нижележащего пласта в вышележащий пласт.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для нагнетания флюида в пласт (патент RU №2280152, МПК E21B 43/14, опубл. 20.07.2006 г.), включающее установленный на насосно-компрессорных трубах с помощью резьбы полый корпус с выпускными каналами, при этом корпус снабжен кожухом с отверстиями и нажимной гайкой, в кольцевом зазоре между корпусом и кожухом размещены установленная между нижней и верхней опорными шайбами пружина, установленный между верхней опорной шайбой и выступом на кожухе клапан пропускающий жидкость изнутри наружу, а также сменная насадка, закрепленная на кожухе с помощью нажимной гайки, при этом внутри корпуса между выступами на нем и соосно ему размещена гильза с отверстиями с возможностью ее сдвига инструментом канатной техники для совмещения или разобщения отверстий гильзы и кожуха с выпускными каналами корпуса.
Недостатками известного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- во-вторых, ограниченные технологические возможности, так как при снижении давления нижнего водоносного пласта невозможно производить закачку жидкости в верхний нефтеносный пласт по колонне насосно-компрессорных труб от водовода, расположенного на устье скважины, так закачиваемая жидкость будет «уходить» в нижний водоносный пласт;
- в-третьих, для замены сменной насадки необходимо разбирать устройство (откручивать нажимную гайку);
- в-четвертых, сложный технологический процесс работы устройства, связанный с привлечением канатной техники, а это требует разборки устьевой арматуры, снятие планшайбы, установки роликов, проведение спуска-подъема груза на геофизическом кабеле в колонну насосно-компрессорных труб с целью перемещения гильзы относительно полого корпуса;
- в-пятых, низкая надежность устройства в работе, обусловленная тем, что перемещение гильзы относительно полого корпуса не гарантирует совмещения или разобщения отверстий гильзы и кожуха с выпускными каналами корпуса, так как гильза не имеет фиксатора положения относительно полого корпуса. По этой же причине в процессе перетока жидкости из нижнего водоносного пласта в верхний нефтеносный пласт возможно самопроизвольное перемещение гильзы относительно полого корпуса и, соответственно, отказ устройства в работе (закачке жидкости в верхний нефтеносный пласт).
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции устройства и технологического процесса его работы, а также повышение надежности устройства и расширение технологических возможностей работы устройства.
Поставленная техническая задача решается устройством для нагнетания жидкости в пласт, включающим установленный на насосно-компрессорных трубах с помощью резьб полый корпус с выпускным каналом и выступом снизу, гильзу соосно размещенную внутри полого корпуса с возможностью осевого перемещения, сменную насадку и клапан, пропускающий жидкость изнутри наружу.
Новым является то, что полый корпус оснащен снизу внутренней кольцевой выборкой, при этом гильза оснащена снизу наружной кольцевой проточкой, в которой установлено стопорное кольцо, гильза зафиксирована относительно полого корпуса срезным элементом, причем сверху гильза снабжена посадочным седлом под сбрасываемый в колонну насосно-компрессорных труб шар, при этом гильза имеет возможность фиксации относительно полого корпуса стопорным кольцом после перемещения вниз до упора в выступ полого корпуса под действием избыточного гидравлического давления, создаваемого в колонне насосно-компрессорных труб выше шара насосным агрегатом, установленным на устье скважины, причем напротив выпускного канала полого корпуса эксцентрично установлен регулируемый клапан, состоящий из подпружинненого вниз поршня со штоком и регулировочной гайки, причем ниже поршня в клапане выполнена гидравлическая камера, имеющая возможность сообщения с внутренним пространством полого корпуса, причем под действием избыточного давления в гидравлической камере поршень имеет возможность осевого перемещения вверх и сообщения гидравлической камеры с пластом через выходное отверстие клапана, которое оснащено сменной насадкой, ввернутой в выходное отверстие клапана.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в исходном положении.
На фиг.2 изображено предлагаемое устройство в рабочем положении.
Устройство для нагнетания жидкости в пласт, включает установленный на насосно-компрессорных трубах (НКТ) 1 (см. фиг.1) с помощью резьб 2 и 3 полый корпус 4 с выпускным каналом 5 и выступом 6 снизу, гильзу 7, соосно размещенную внутри полого корпуса 4 с возможностью осевого перемещения.
Полый корпус 4 оснащен снизу внутренней кольцевой выборкой 8.
Гильза 7 оснащена снизу наружной кольцевой проточкой 9, в которой установлено стопорное кольцо 10.
Гильза 7 зафиксирована относительно полого корпуса 4 срезным элементом 11, имеющим возможность разрушения при избыточном давлении, например 5,0 МПа. Сверху гильза 7 снабжена посадочным седлом 12 под сбрасываемый в колонну насосно-компрессорных труб 1 шар 13.
Гильза 7 имеет возможность фиксации относительно полого корпуса 4 стопорным кольцом 10 после перемещения вниз до упора в выступ 6 полого корпуса 4 под действием избыточного гидравлического давления, создаваемого в колонне насосно-компрессорных труб 1 выше шара 13 (см. фиг.2) насосным агрегатом (на фиг.1 и 2 не показано), установленным на устье скважины.
В качестве стопорного кольца 10 применяют разрезное пружинной кольцо треугольного сечения.
Напротив выпускного канала 5 (см. фиг.1) полого корпуса 4 эксцентрично установлен регулируемый клапан 14, состоящий из подпружинненого посредством пружины 15 вниз поршня 16 со штоком 17 и регулировочной гайки 18.
Ниже поршня 16 в клапане 14 выполнена гидравлическая камера 19, имеющая возможность сообщения с внутренним пространством 20 полого корпуса 4.
Под действием избыточного давления в гидравлической камере поршень 16 имеет возможность осевого перемещения вверх и сообщения гидравлической камеры 19 с пластом (на фиг.1 и 2 не показано) через выходное отверстие 21 (см. фиг.1) клапана 14, которое оснащено (например, ввернуто по резьбе) сменной насадкой 22.
Сменная насадка 22 обеспечивает регулируемый заданный расход жидкости, так как с ее помощью изменяется площадь сечения выходного отверстия 21 клапан 14 (см. фиг.2), при этом должно соблюдаться условие:
D>di,
где, D - диаметр выпускного канала 5 полого корпуса 4 мм, например 20 мм;
di - диаметр сменной насадки 22 клапана 14 мм, например 18 мм.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами, установленными на сопрягаемых поверхностях устройства.
Устройство для нагнетания жидкости в пласт работает следующим образом.
Для перепуска жидкости из нижележащего водоносного пласта (на фиг.1 и 2 не показано) с высоким пластовым давлением в вышележащий пласт нефтеносный с низким пластовым давлением колонну НКТ 1 (см. фиг.1) в процессе спуска сначала оснащают пакером любой известной конструкции (на фиг.1 и 2 не показано), а затем присоединяют к колонне НКТ 1 (см. фиг.1) предлагаемое устройство.
Для этого предлагаемое устройство крепят к верхней трубе нижней секции и к нижней трубе верхней секции колонны НКТ 1 с помощью присоединительных резьб 2 и 3.
Колонну НКТ 1 спускают до нижележащего водоносного пласта с высоким пластовым давлением. В скважине между выше- и нижележащим пластами производят посадку пакера, который размещается между эксплуатационной колонной и НКТ, т.е. разобщает вышележащий и нижележащий пласты между собой, при этом предлагаемое устройство для нагнетания флюида размещено выше вышележащего пласта.
При необходимости (при низком пластовом давлении нижележащего водоносного пласта) предлагаемое устройство может работать с погружным насосом, например электроцентробежным, который размещают в составе колонны НКТ 1 ниже предлагаемого устройства для перекачки жидкости из нижнего пласта.
Устройство закрыто (см. фиг.1), так как гильза 7 зафиксирована относительно полого корпуса 4 срезным элементом 11, а выпускные каналы 5 полого корпуса 4 герметично перекрыты гильзой 7.
В таком положении происходит перекачка жидкости из нижнего водоносного пласта с высоким пластовым давлением по колонне НКТ, например, в соседнюю скважину по системе наземных трубопроводов с целью поддержания пластового давления.
Когда необходимо начать перепуск жидкости из нижележащего водоносного пласта с высоким пластовым давлением в вышележащий пласт с низким пластовым давлением. С устья скважины в колонну НКТ 1 сбрасывают шар 13 (см. фиг.2), который садится на посадочное седло 14 гильзы 7, затем на устье скважины к колонне НКТ 1 подсоединяют насосный агрегат (на фиг.1 и 2 не показано).
С помощью насосного агрегата в колонне НКТ выше шара 13 создают избыточное гидравлическое давление, например 7 МПа, что приводит к разрушению срезного винта 11 и перемещению гильзы 7 вниз до упора в выступ 6 полого корпуса 4 под действием избыточного гидравлического давления в колонне НКТ 1.
В предлагаемом устройстве не требуется разборка устьевой арматуры, снятие планшайбы, установка роликов, проведение спуско-подъема груза на геофизическом кабеле в колонну насосно-компрессорных труб с целью перемещения гильзы 7 относительно полого корпуса 4, что упрощает технологический процесс работы устройства.
Гильза 7 фиксируется относительно полого корпуса 4 стопорным кольцом 10 во внутренней кольцевой выборке 8 полого корпуса 4. В результате гильза 7 оказывается ниже выпускного канала 5 полого корпуса 4 и выпускной канал 5 сообщает внутреннее пространство 20 полого корпуса 4 с гидравлической камерой 19 регулируемого клапана 14.
Повышается надежность устройства в работе, так как наличие фиксатора положения (стопорного кольца 10) гильзы относительно полого корпуса исключает самопроизвольное перемещение гильзы в процессе работы устройства, при этом нет необходимости совмещения или разобщения отверстий, так как выпускной канал 5 полого корпуса 4 открывается при перемещении гильзы 7 ниже выпускного канала 5.
Жидкость из нижнего водоносного пласта с высоким пластовым давлением снизу вверх по колонне НКТ 1 через гильзу 7 приподнимая шар 13 поступает во внутреннее пространство 20 полого корпуса 4 и через выпускной канал 5 полого корпуса 4 жидкость поступает в гидравлическую камеру 19 клапана 14.
Настройку регулируемого клапана 14 производят на устье скважины перед спуском устройства в скважину.
Регулируемый клапан 14 имеет диапазон настройки, например от 0,1 МПа до 0,5 МПа. Регулирование осуществляют путем величины вворачивания регулировочной гайки 18 в корпус регулировочного клапана 14, что приводит к поджатию пружины 15.
Таким образом, регулируется величина гидравлического давления, которое необходимо создать в гидравлической камере 19 для срабатывания клапана 14, т.е. для сообщения гидравлической камеры 19 с пластом через выходное отверстие 21 клапана 14, которое оснащено сменной насадкой 22, причем в сравнении с прототипом для установки сменной насадки 22 нет необходимости разборки устройства.
Например, вворачиванием регулировочной гайки 18 в корпус клапана 14 устанавливают давление равное 0,4 МПа, которое необходимо создать в гидравлической камере 19 для срабатывания клапана 14.
После повышения давления в гидравлической камере 19 клапана 14 на 4 МПа поршень 16, преодолевая усилие пружины 15, поднимается вверх и открывает выходное отверстия 21 клапана 14 и нагнетаемая жидкость из гидравлической камеры 19 клапана 14 через сменную насадку 22 поступает в кольцевое пространство между НКТ и эксплуатационной колонной выше пакера и далее в вышележащий пласт с низким пластовым давлением.
Сменная насадка 22 обеспечивает регулируемый заданный расход жидкости, так как с ее помощью изменяется площадь сечения выходного отверстия 21 клапан 14.
После прекращения подачи флюида и выравнивания (снижения) давлений внутри гидравлической камере 19 клапана 14 с одной стороны и в кольцевом пространстве между НКТ и эксплуатационной колонной выше пакера с другой стороны за счет возвратной силы пружины 15 поршень 16 опускается вниз и перекрывает выходное отверстие 21 клапана 14, в которое установлена сменная насадка 22.
Для продолжения закачки жидкости в верхний пласт с низким давлением после истощения энергии (снижении давления) нижнего водоносного пласта производят закачку жидкости от водоводов с устья скважины по колонне насосно-компрессорных труб в верхний пласт с низким пластовым давлением.
В процессе закачки шар 13, размещенный на посадочном седле 14 гильзы 7 отсекает колонну НКТ 1 ниже устройства, поэтому закачиваемая в колонну НКТ 1 жидкость через выпускной канал 5 полого корпуса 4 поступает в гидравлическую камеру 19 клапана 14.
После повышения давления в гидравлической камере 19 клапана 14 на 4 МПа поршень 16, преодолевая усилие пружины 15 поднимается вверх и открывает выходное отверстия 21 клапан 14 и нагнетаемая жидкость из гидравлической камеры 19 клапана 14 через сменную насадку 22 поступает в кольцевое пространство между НКТ и эксплуатационной колонной выше пакера и далее в вышележащий пласт с низким пластовым давлением.
Предлагаемое устройство в сравнении с прототипом имеет технологическую возможность закачки жидкости от водоводов с устья скважины по колонне насосно-компрессорных труб в верхний нефтеносный пласт при истощении (снижении пластового давления) нижнего водоносного пласта с высоким пластовым давлением.
Предлагаемое устройство для нагнетания жидкости в пласт имеет простую конструкцию и простой технологический процесс работы, а также обеспечивает высокую надежность устройства в работе и имеет расширенные технологические возможности в работе.
Устройство для нагнетания жидкости в пласт, включающее установленный на насосно-компрессорных трубах с помощью резьб полый корпус с выпускным каналом и выступом снизу, гильзу, соосно размещенную внутри полого корпуса с возможностью осевого перемещения, сменную насадку и клапан, пропускающий жидкость изнутри наружу, отличающееся тем, что полый корпус оснащен снизу внутренней кольцевой выборкой, при этом гильза оснащена снизу наружной кольцевой проточкой, в которой установлено стопорное кольцо, гильза зафиксирована относительно полого корпуса срезным элементом, причем сверху гильза снабжена посадочным седлом под сбрасываемый в колонну насосно-компрессорных труб шар, при этом гильза имеет возможность фиксации относительно полого корпуса стопорным кольцом после перемещения вниз до упора в выступ полого корпуса под действием избыточного гидравлического давления, создаваемого в колонне насосно-компрессорных труб выше шара насосным агрегатом, установленным на устье скважины, причем напротив выпускного канала полого корпуса эксцентрично установлен регулируемый клапан, состоящий из подпружиненного вниз поршня со штоком и регулировочной гайки, причем ниже поршня в клапане выполнена гидравлическая камера, имеющая возможность сообщения с внутренним пространством полого корпуса, причем под действием избыточного давления в гидравлической камере поршень имеет возможность осевого перемещения вверх и сообщения гидравлической камеры с пластом через выходное отверстие клапана, которое оснащено сменной насадкой, ввернутой в выходное отверстие клапана.
