Способ нагнетания газа и жидкости в скважину и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2581288:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) (RU)
Группа изобретений относится к технике нагнетания газа и жидкости в продуктивный пласт насосом для поддержания пластового давления. Способ нагнетания газа и жидкости в скважину насосом, снабженным всасывающим и нагнетательным клапанами, заключается во вводе газожидкостной смеси с заданным избыточным давлением от постороннего источника. В качестве насоса используют скважинный электроцентробежный насос, установленный в подземной емкости, выполненной в виде шурфа. Газожидкостную смесь вводят поочередно в пространство между обсадной и насосно-компрессорной трубой и в насосно-компрессорную трубу (НКТ). Включают насос, следят за изменением уровня жидкости в межтрубном пространстве и переключают поток жидкости от насоса поочередно в НКТ и в пространство между обсадной трубой и НКТ. Компримированную газожидкостную смесь подают в нагнетательную скважину. Группа изобретений направлена на повышение эффективности нагнетания газожидкостной смеси насосом в продуктивный пласт и упрощение используемого для этого устройства. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к способам нагнетания газа и жидкости в продуктивный пласт насосом, в частности для поддержания пластового давления.
Известен способ нагнетания газожидкостной смеси поршневым насосом путем введения в перекачиваемую жидкость газожидкостной смеси или газа от постороннего источника [а. с. SU №142150, кл. F04B 23/06. 1961 г. ]. Известно также устройство для реализации указанного способа, содержащее поршневой насос, содержащий рабочий цилиндр, всасывающий и нагнетательный клапаны, а также посторонний источник газожидкостной смеси или газа под избыточным давлением.
Недостатком известного способа является его невысокая эффективность, обусловленная сжимаемостью газа в цилиндре насоса, ведущей к снижению подачи насоса. Недостаток реализующего данный способ устройства заключается в непригодности описанного насоса для нагнетания газожидкостной смеси.
Наиболее близким к заявляемому является способ нагнетания газожидкостной смеси поршневым насосом путем введения газожидкостной смеси или газа с заданным избыточным давлением в рабочую камеру поршневого насоса в зону, примыкающую к нагнетательному клапану. Одновременно через всасывающий клапан насоса вводят перекачиваемую жидкость с избыточным давлением, равным давлению вводимой смеси или газа [а. с. SU №714044, кл. F04B 23/10. 1980 г. ]. Устройство, реализующее способ, принятый в качестве прототипа, содержит насос с клапанным распределением и дополнительной камерой, объем которой равен объему цилиндра.
Недостатком известного способа является значительное снижение коэффициента заполнения рабочей камеры насоса в период такта всасывания, связанное со значительной сжимаемостью газа, что ведет к снижению объемной подачи насоса. Недостатком устройства для осуществления способа является его повышенная сложность и увеличение габаритов за счет введения дополнительной камеры.
Цель - повышение эффективности нагнетания газожидкостной смеси насосом в продуктивный пласт и упрощение устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в способе нагнетания газа и жидкости в скважину насосом, снабженным всасывающим и нагнетательным клапанами, путем ввода газожидкостной смеси с заданным избыточным давлением от постороннего источника, в отличие от прототипа, в качестве насоса используют скважинный электроцентробежный насос, установленный в подземной емкости, выполненной в виде шурфа, газожидкостную смесь вводят поочередно в пространство между обсадной и насосно-компрессорной трубой и в насосно-компрессорную трубу, включают насос, следят за изменением уровня жидкости в межтрубном пространстве и переключают поток жидкости от насоса поочередно в насосно-компрессорную трубу и в пространство между обсадной трубой и насосно-компрессорной трубой, а компримированную газожидкостную смесь подают в нагнетательную скважину.
В устройстве для осуществления способа, содержащем насос с всасывающим и нагнетательным клапанами, источник газожидкостной смеси, в отличие от прототипа, насос помещен в подземную емкость, выполненную в виде шурфа, снабженного обсадной и насосно-компрессорной трубами, причем внутренний объем шурфа поделен пакером на две части, в нижней части размещен насос, а в верхней - насосно-компрессорная труба и переключатель потока жидкости от насоса, выход которого попеременно подсоединяется к насосно-компрессорной трубе и к пространству между обсадной и насосно-компрессорной трубами, источник газожидкостной смеси соединен с межтрубным пространством шурфа и насосно-компрессорной трубой через электроуправляемую задвижку, межтрубное пространство снабжено измерителем уровня жидкости, а переключатель потока жидкости, измеритель уровня жидкости и электроуправляемая задвижка соединены с устройством управления.
На фиг. представлена схема устройства для нагнетания газа и жидкости в продуктивный пласт.
В обсадную трубу 1, помещенную в шурф, на насосно-компрессорной трубе 2 опущен электроцентробежный насос 3. Пакером 4 обсадная труба 1 поделена на два отсека, в нижнем отсеке размещен насос 3, а в верхнем - насосно-компрессорная труба 2 и переключатель потока жидкости 5, установленный между трубой 2 и насосом 3. Переключатель 5 содержит подвижный золотник 6 и пружину 7. Патрубком 8 переключатель 5 соединяет верхний отсек обсадной трубы 1 с нижним. Пространство над золотником 6 соединено с патрубком 9 управления переключателем потока жидкости 5. Текущий уровень жидкости в межтрубном пространстве определяется измерителем уровня 10. Нагнетаемая в скважину газожидкостная смесь подается под заданным давлением через электроуправляемую задвижку 11. Измеритель 10, задвижка 11 и переключатель потока жидкости 5 через патрубок 9 соединяются с устройством управления 12. Входные обратные клапаны 13 и 14 соединены соответственно с межтрубным пространством и насосно-компрессорной трубой 2. Выходные обратные клапаны 15 и 16 соединены соответственно с насосно-компрессорной трубой 2 и межтрубным пространством. Выходной патрубок 17 служит для подачи компримированного газа в нагнетательную скважину.
Предлагаемый способ нагнетания газа и жидкости в скважину насосом осуществляется следующим образом.
Перед началом работы устройства межтрубное пространство заполняют технологической водой как в верхнем отсеке, над пакером, так и в нижнем отсеке, под пакером, после чего включают насос 3. Насос 3 начинает перекачку воды из нижнего отсека через переключатель потока жидкости 5 в полость между насосно-компрессорной трубой 2 и обсадной трубой 1 (как показано на фиг.). При этом полость насосно-компрессорной трубы 2 через патрубок 8 переключателя 5 соединена с нижним отсеком. В процессе работы насоса 3 в нижнем отсеке образуется разрежение, заставляющее воду из насосно-компрессоной трубы 2 поступать в нижний отсек. В результате этого уровень воды в межтрубном пространстве повышается, а освободившееся пространство в насосно-компрессорной трубе 2 заполняется газожидкостной смесью, подаваемой через задвижку 11 под заданным давлением из постороннего источника. Подаваемая газожидкостная смесь заполняет трубу 2. Когда будет достигнут заранее известный верхний уровень жидкости в межтрубном пространстве, измеритель уровня 10 подает сигнал в устройство управления 12, который закрывает задвижку 11. Поскольку объемы межтрубного пространства и насосно-компрессорной трубы 2 выбираются равными между собой, заполнение насосно-компрессорной трубы 2 газожидкостной смесью продолжается такое же время, как процесс заполнения водой межтрубного пространства. После этого по сигналу измерителя уровня 10 устройство управления 12 подает управляющий сигнал на переключатель 5 путем нагнетания жидкости через патрубок 9 в полость над золотником 6. Это приводит к переходу золотника 6 в другое положение, при котором поток технологической воды направляется от насоса 3 в трубу 2, где происходит компримирование газожидкостной смеси путем повышения уровня воды, выполняющей роль «жидкого поршня». Одновременно вода из межтрубного пространства поступает в нижний отсек под пакером 4. Это позволяет осуществить цикл всасывания газожидкостной смеси в полость межтрубного пространства.
Таким образом, осуществляя поочередные циклы всасывания и сжатия в межтрубном пространстве и в насосно-компрессорной трубе 2, производится подача компримированной до заданного давления газожидкостной смеси в нагнетательную скважину и далее - в продуктивный пласт.
Изменяя период переключения потока технологической жидкости можно регулировать в широких пределах количество нагнетаемой в пласт жидкости и газа.
Технический результат - нагнетание газожидкостной смеси под высоким давлением с помощью насоса, работающего только на перекачке жидкости, без попадания газа в центробежный насос, что повышает эффективность процесса поддержания пластового давления.
Предлагаемый способ может быть осуществлен с устройством, содержащим электроцентробежный насос 3, четыре обратных клапана 13÷16, задвижку 11, переключатель потока жидкости 5 с управляющим патрубком 9 и измеритель уровня жидкости 10. Измеритель уровня 10 выполнен в виде ультразвукового датчика, соединенного с устройством управления 12, выполненного на основе контроллера. Насос 3 представляет собой стандартный электроцентробежный насос, спущенный в скважину на стандартной насосно-компрессорной трубе 2. Пакер 4 также используются из стандартного ряда нефтепромыслового оборудования.
Таким образом, используя стандартное оборудование, изменяя только его режим работы, с минимальными изменениями конструкции спускаемого скважинного оборудование (добавляется только переключатель потока жидкости 5 с управляющей трубкой 9 и обратные клапаны 13÷16), достигается новый результат - повышение давления газожидкостной смеси до уровня, необходимого для подачи в пласт. При этом вода используется в роли «жидкого поршня», а насос работает в штатном режиме, без присутствия газа. Это позволяет существенно упростить конструкцию и повысить ее эффективность.
1. Способ нагнетания газа и жидкости в скважину насосом, снабженным всасывающим и нагнетательным клапанами, путем ввода газожидкостной смеси с заданным избыточным давлением от постороннего источника, отличающийся тем, что в качестве насоса используют скважинный электроцентробежный насос, установленный в подземной емкости, выполненной в виде шурфа, газожидкостную смесь вводят поочередно в пространство между обсадной и насосно-компрессорной трубой и в насосно-компрессорную трубу, включают насос, следят за изменением уровня жидкости в межтрубном пространстве и переключают поток жидкости от насоса поочередно в насосно-компрессорную трубу и в пространство между обсадной трубой и насосно-компрессорной трубой, а компримированную газожидкостную смесь подают в нагнетательную скважину.
2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее насос с всасывающим и нагнетательным клапанами, источник газожидкостной смеси, отличающееся тем, что насос помещен в подземную емкость, выполненную в виде шурфа, снабженного обсадной и насосно-компрессорной трубами, причем внутренний объем шурфа поделен пакером на две части, в нижней части размещен насос, а в верхней - насосно-компрессорная труба и переключатель потока жидкости от насоса, выход которого попеременно подсоединяется к насосно-компрессорной трубе и к пространству между обсадной и насосно-компрессорной трубами, источник газожидкостной смеси соединен с межтрубным пространством шурфа и насосно-компрессорной трубой через электроуправляемую задвижку, межтрубное пространство снабжено измерителем уровня жидкости, а переключатель потока жидкости, измеритель уровня жидкости и электроуправляемая задвижка соединены с устройством управления.
