установка для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт

Формула изобретения

Установка для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт, содержащая пакер, колонну труб с нагнетательным и всасывающим клапанами, размещенными соответственно ниже и выше пакера, насос, отличающаяся тем, что нагнетательный клапан расположен выше всасывающего клапана и снабжен снаружи колонны труб кольцевым каналом, сообщающим его с надпакерным пространством скважины, при этом колонна труб выше нагнетательного клапана снабжена цилиндром с подпружиненным вверх поршнем со штоком, причем шток расположен вверху поршня и герметично выведен из цилиндра в колонну труб, а внутренняя полость цилиндра выше поршня сообщена с внутренним пространством скважины, расположенным ниже пакера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике и технологии циклической закачки жидкости в нефтеносный пласт при его наводнении или нагнетании в него различных реагентов.

Известен способ закачки воды в нефтяной пласт (авторское свидетельство №283120, Е21В 43/00, опубл. БИ №31 от 06.10.1970 г.), осуществляемый с помощью установки для закачки жидкости в пласт, содержащей пакер, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и емкость, сообщающиеся с электроцентробежным насосом.

Недостатками данной конструкции являются:

во-первых, водостойкая обмотка электродвигателя при заполнении статора водой обладает достаточной работоспособностью лишь при невысокой температуре воды, окружающей двигатель (не более +25°С). Увеличение температуры воды до 35-45°С существенно сокращает срок службы обмотки двигателя, а при более высокой температуре двигатель теряет работоспособность;

во-вторых, электроцентробежный насос находится в водной среде под большим давлением, что ухудшает условия его эксплуатации, при этом растворенные соли разрушают кабель, сокращая срок его службы.

Вышеперечисленные причины снижают долговечность установки в целом, кроме того, с помощью такой установки невозможно закачивать в нефтяной пласт химически агрессивные реагенты, например кислоты (соляную, азотную и т.п.), при этом установка непрерывно закачивает жидкость в пласт практически без изменений давления нагнетания, способствует возникновению в капиллярных отверстиях и щелях пласта слоя облитерации, постоянно снижающей приемистость скважины, порой до полного прекращения поглощения жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является установка для закачки жидкости в пласт (авторское свидетельство №729336, Е21В 43/00, 1986 г., опубл. БИ №15 от 25.04.1980 г.), содержащая пакер, колонну НКТ и емкость, сообщающуюся с насосом, при этом она снабжена установленными на колонне насосно-компрессорных труб нагнетательным и всасывающим клапанами, размещенными соответственно ниже и выше пакера, причем верхняя полость колонны насосно-компрессорных труб и емкость частично заполнены маслом.

Недостатками данной конструкции устройства являются:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием верхнего и нижнего датчиков уровня рабочей жидкости, емкости;

во-вторых, масло, находящееся в колонне НКТ и используемое в качестве рабочей жидкости для привода в действие закачиваемой в пласт жидкости, в процессе работы теряет свои химико-физические свойства из-за контакта и перемешивания с закачиваемой в пласт жидкостью и требует замены, что снижает эффективность работы устройства, в связи с этим в процессе работы установки требуется постоянный и строгий контроль химического состава масла и его частая замена.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции установки с одновременным повышением эффективности ее работы.

Указанная задача решается установкой для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт, содержащая пакер, колонну труб с нагнетательным и всасывающим клапанами, размещенными соответственно ниже и выше пакера, насос.

Новым является то, что нагнетательный клапан расположен выше всасывающего клапана и снабжен снаружи колонны труб кольцевым каналом, сообщающим его с надпакерным пространством скважины, при этом колонна труб выше нагнетательного клапана снабжена цилиндром с подпружиненным вверх поршнем со штоком, причем шток расположен вверху поршня и герметично выведенным из цилиндра в колонну труб, а внутренняя полость цилиндра выше поршня сообщена с внутренним пространством скважины, расположенным ниже пакера.

На чертеже схематично изображена предлагаемая установка.

Установка для закачки жидкости из водоносного пласта 1 скважины 2 в нефтеносный пласт 3 содержит пакер 4, колонну труб 5 с нагнетательным 6 и всасывающим 7 клапанами, размещенными соответственно ниже и выше пакера 4, а также насос 8, расположенный на дневной поверхности скважины 2.

Нагнетательный клапан 6 расположен выше всасывающего клапана 7 и снабжен снаружи колонны труб 5 кольцевым каналом 9, сообщающим нагнетательный клапан 6 с надпакерным пространством 10 скважины 2.

Колонна труб 5 выше нагнетательного клапана 6 снабжена цилиндром 11 с подпружиненным посредством пружины 12 вверх поршнем 13 со штоком 14. Шток 14 расположен вверху поршня 13 и герметично посредством уплотнительных колец 15 выведен из цилиндра 11 в колонну труб 5.

Внутренняя полость 16 цилиндра 11 выше поршня 13 сообщена с внутренним пространством 17 скважины 2, расположенным ниже пакера 4.

Поршень 13 герметично посредством уплотнительных элементов 18 размещен внутри цилиндра 11.

Насос 8, расположенный на дневной поверхности скважины 2, выполнен в виде гидроцилиндра, внутри которого расположен приводной поршень 19.

В качестве рабочей жидкости применяют масло или нефть, которым заполняют колонну труб 5 выше цилиндра 11, а также внутреннюю полость гидроцилиндра насоса 8.

На верхнем конце цилиндра 11 выполнены технологические отверстия 20, которые гидравлически соединяют внутреннее пространство 17 скважины 2 с внутренней полостью 16 цилиндра 11 выше поршня 13.

Установка для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт работает следующим образом.

Перед монтажом установки в скважине 2 заранее подбирают жесткость пружины 12, которая воспринимает и удерживает в исходном положении поршень 13 в цилиндре 11.

В исходном положении пружина 12 уравновешивает разницу двух давлений. Первое - это давление столба рабочей жидкости (масла, нефти) внутри колонны труб 5, воздействующий сверху на шток 14 поршня 13, а второе - это давление водоносного пласта 1 во внутреннем пространстве 17 скважины 2.

Перед запуском установки в работу заполняют колонну труб 5 выше цилиндра 11, а также внутреннюю полость гидроцилиндра насоса 8 маслом. Далее запускают установку в работу. Для этого с устья скважины 2 любым из известных способов (гидравлическим, механическим и др.) приводится в действие приводной поршень 19 насоса 8, который совершает в гидроцилиндре возвратно-поступательное перемещение.

Цикл нагнетания жидкости в нефтеносный пласт 3 происходит в процессе движения приводного поршня 19 в гидроцилиндре насоса 8 влево, при этом происходит нагнетание масла насосом 8 в колонну труб 5 (приводной поршень 19 вытесняет жидкость из внутренней полости гидроцилиндра насоса 8). В результате давление масла внутри колонны труб 5 повышается, что вызывает перемещение штока 14 вниз, а следовательно, и жестко связанного с ним снизу поршня 13. Поршень 13, перемещаясь вниз, сжимает пружину 12 и вытесняет жидкость из внутренней полости 21 ниже поршня 13 цилиндра 11. Далее вытесненная из внутренней полости 21 цилиндра 9 жидкость благодаря тому, что всасывающий клапан 7 закрывается, а нагнетательный клапан 6 открывается, поднимается вверх по кольцевому каналу 9 и попадает через надпакерное пространство 10 скважины 2 в нефтеносный пласт 3, при этом внутренняя полость 16 цилиндра 11 выше поршня 13 заполняется жидкостью из внутреннего пространства 17 скважины 2 сквозь технологические отверстия 20 цилиндра 11.

Цикл нагнетания жидкости в нефтеносный пласт 3 скважины 2 продолжается до тех пор, пока приводной поршень 19 не достигнет крайнего левого положения в гидроцилиндре насоса 8. Далее изменяют направление движения приводного поршня 19 в гидроцилиндре насоса 8, который начинает перемещаться слева направо, при этом начинается цикл всасывания жидкости из водоносного пласта 1 скважины 2 через внутреннее пространство 17 скважины 2 во внутреннюю полость 21 цилиндра 11 ниже поршня 13. Это происходит потому, что приводной поршень 19, перемещаясь слева направо, втягивает за собой масло во внутреннюю полость гидроцилиндра насоса 8 из колонны труб 5.

В колонне труб 5 происходит падение давления. Поршень 13 за счет возвратной силы пружины 12 поднимется вверх, при этом всасывающий клапан 7 открывается и происходит заполнение внутренней полости 21 цилиндра 11 ниже поршня 13 жидкостью из внутреннего пространства 17 скважины 2, при этом нагнетательный клапан 6 закрывается.

В процессе перемещения поршня 13 в цилиндре 11 вверх находящаяся во внутренней полости 16 выше поршня 13 цилиндра 11 жидкость через технологические отверстия 20 вытесняется во внутреннее пространство 17 скважины 2. Цикл всасывания жидкости прекращается тогда, когда приводной поршень 19 в гидроцилиндре насоса 8 достигнет крайнего правого положения, при этом поршень 13 и пружина 12 займут исходное положение, то есть поршень 13 достигнет своего крайнего верхнего положения в цилиндре 11, а пружина 12 разожмется.

В дальнейшем цикл работы установки повторяется. Циклическая закачка жидкости в нефтеносный пласт 3 продолжается до тех пор, пока не закончится жидкость во внутреннем пространстве 17 скважины 2. Это произойдет, если производительность насоса 8 превышает дебит (отдачу) жидкости водоносного пласта 1 во внутреннее пространство 17 скважины 2.

По окончании жидкости во внутреннем пространстве 17 скважины 2 прекращается заполнение жидкостью внутренней полости 21 цилиндра 9 ниже поршня 11, в связи с чем уменьшается нагрузка, приводящая в действие приводной поршень 18 насоса 8, на что реагирует датчик нагрузки (не показано), установленный на приводном штоке 22, жестко соединенном с приводным поршнем 19 насоса 8. Датчик нагрузки подает сигнал на пульт управления для отключения привода при достижении минимальной нагрузки на приводном штоке 22, перемещающем приводной поршень 19 гидроцилиндра насоса 8. Установка отключается на время заполнения внутреннего пространства 17 скважины 2 жидкостью из водоносного пласта 1, при этом в процессе заполнения происходит тестирование нагрузки на приводном штоке 22, приводящем в действие приводной поршень 19 насоса 8. Нагрузка на приводном штоке 22, приводящем в действие приводной поршень 19 насоса 8, увеличивается по мере заполнения внутреннего пространства 17 скважины 2 жидкостью (выше технологических отверстий 20) и по мере достижения максимальной нагрузки на приводном штоке 22, приводящем в действие приводной поршень 19 насоса 8, датчик дает сигнал на пульт управления на включение привода. Далее эксплуатация установки продолжается.

Предлагаемая установка для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт имеет простую конструкцию, кроме того, рабочая жидкость (масло или нефть) герметично разделена от жидкости, закачиваемой из водоносного пласта в нефтеносный пласт, а поскольку в процессе работы они не контактируют друг с другом, то это позволяет повысить эффективность работы установки и избежать частой замены рабочей жидкости, что сокращает материальные затраты в процессе эксплуатации установки.