устройство для подъема жидкости из скважины на поздних стадиях разработки

Формула изобретения

1. Устройство для подъема жидкости из скважины, включающее двойную колонну труб, размещенную в скважине, средство для подъема добывающей жидкости, размещенное на некотором нижнем участке внутренней колонны труб, с помощью рабочего агента, отличающееся тем, что средство для подъема добывающей жидкости выполнено в виде двухкамерного активатора: камеры высокого давления и камеры разрежения, и размещено на нижнем конце внутренней колонны труб, посаженного на опору, выполненную на нижнем конце внутри наружной колонны труб, при этом на боковой поверхности камеры разрежения выполнены отверстия цилиндрической формы, а на боковой поверхности камеры высокого давления выполнены конфузорно-диффузорные сопла по винтовой линии со смещением относительно сопел смежного витка на угол 360°:2n, где n - количество сопел в одном витке, днище каждой камеры выполнено с осевым отверстием и снабжено шаровым клапаном, в качестве рабочего агента использован газ, при этом устройство обеспечивает возможность его закачки во внутреннюю колонну труб.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сопло имеет конфузорную и диффузорную части, причем конфузорная часть сопла имеет цилиндрическую форму во внутренней стенке камеры высокого давления активатора, а диффузорная часть имеет форму усеченного конуса во внешней стенки камеры, при этом длина конфузорной части приблизительно в два раза меньше длины диффузорной части.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол между осями цилиндрической и конической формы сопел составляет 20-30°.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что количество сопел в одном витке составляет 6-24.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для подъема жидкости из скважин, в частности из скважин в условиях низких пластовых давлений, поздней стадии разработки по мере истощения пластовой энергии.

Известна система двухрядного лифта, включающая наружные трубы (воздушная колонна) большого диаметра, спущенные до фильтровой зоны скважины, внутренний ряд труб (подъемная колонна) меньшего диаметра, спущенный под уровень жидкости на глубину, при этом рабочий агент нагнетают в межтрубное пространство между воздушной и подъемной колоннами, а смесь воздуха (газа) и жидкости поднимается на поверхность по подъемной колонне («Основы нефтяного и газового дела», В.М.Муравьв. М.: Недра. 1967, стр.158, рис.89 б).

Недостатком данного способа является то, что в начальный период вызова подачи в скважину газ необходимо закачивать под большим давлением, что недопустимо по техническим требованиям к эксплуатационной колонне. В скважинах, в которых продуктивные пласты залегают на глубине 2500 м и более, для преодоления гидростатического давления в подъемных трубах необходимо газ закачивать под давлением в 250 атм и более (так как из-за отсутствия разобщения межтрубного и затрубного пространств давление передается в эксплуатационную колонну), тогда как максимально допустимое внутреннее давление для эксплуатационной колонны - 150 атм.

Известен способ подъема жидкости из скважины и устройство для его осуществления (газопоршневый плунжерный насос) (патент RU № 2221133, Е21В 43/00, публикация 2001.07.20). В части способа - это способ подъема жидкости из скважины, включающий спуск в скважину двойной колонны труб, разобщение межколонного пространства, установку плунжерного насоса на нижнем участке внутренней колонны и закачку в межколонное пространство рабочего агента под давлением, стравливание газа, восстановление газового давления и поддерживание его за счет подкачки от компрессора. В части устройства - это устройство для подъема жидкости из скважины, состоящее из плунжерной пары, установленной в трубе внутренней колонны, имеющей посадочное гнездо и помещенной с зазором в трубу наружной колонны, при этом гильза и плунжер выполнены в виде стаканов с отверстиями на дне, нормально закрытыми шаровыми клапанами, а между седлом плунжера и седлом гильзы имеется зазор, образующий кольцевую полость, через отверстия в трубе соединенную с межколонным пространством, которое ниже изолировано от сообщения со скважиной.

Недостатком его является наличие подвижных трущихся деталей, например пары плунжер-гильза, что существенно сокращает срок службы устройства, а также невозможность проведения исследования по затрубному пространству, т.е. прослеживания динамического и статического уровней из-за наличия пакера (см. описание Фиг.3). Конструктивно выполнить гильзу большой длины (например, более 10 метров) невозможно, длина хода плунжера ограничена, производительность будет низкой, т.к. длительность цикла составляет достаточно большой период времени (закачка и стравливание газа).

Задача изобретения состоит в разработке экономически эффективной и технологически упрощенной установки для подъема жидкости, в частности, из прекративших фонтанирование или периодически фонтанирующих скважин в поздний период разработки месторождений с низкими пластовыми давлениями, а также в возможности осуществления прослеживания в затрубном пространстве скважины статического и динамического уровней, замера температуры на забое и пластового давления без подъема колонны насосно-компрессорных труб (НКТ).

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается, в частности, в снижении расхода рабочего агента, повышении надежности и эффективности работы устройства на поздней стадии разработки в условиях низких пластовых давлений без замены подземного оборудования от начала освоения скважины до ее ликвидации, т.е. десятки лет.

Поставленная задача решается тем, что устройство для подъема жидкости из скважины, как и прототип, содержит двойную колонну труб: внутреннюю и наружную, установленные в скважине, средство для подъема добываемой жидкости, установленное на некотором нижнем участке внутренней колонны труб, в отличие от прототипа средство для подъема добывающей жидкости выполнено в виде двухкамерного активатора: камеры разрежения и камеры высокого давления, и размещено на нижнем конце внутренней колонны труб, посаженного на опору, выполненную на нижнем конце внутри наружной колонны труб, при этом на боковой поверхности камеры разрежения выполнены отверстия цилиндрической формы, а на боковой поверхности камеры высокого давления выполнены конфузорно-диффузорные сопла по винтовой линии со смещением относительно сопел смежного витка на угол 360°:2n, где n - количество сопел в одном витке, равное 6-24, предпочтительно 24, причем, сопла конфузорной формы, расположенных с внутренней стороны стенки камеры, имеют цилиндрическую форму, а часть сопел диффузорной формы, расположенных с внешней стороны стенки камеры, имеют форму усеченного конуса, угол между осями цилиндрической и конической форм сопел составляет 20-30°, предпочтительно 25°, днище каждой камеры выполнено с осевым отверстием и снабжено шаровым клапаном, в качестве рабочего агента используют газ, который закачивают во внутреннюю колонну труб. Сопло имеет конфузорную и диффузорную части, при этом соотношение длины конфузорной части приблизительно в два раза меньше длины диффузорной части.

Новыми и отличительными признаками заявленного изобретения являются:

- средство для подъема добываемой жидкости выполнено виде двухкамерного активатора, состоящего из камеры разрежения и камеры высокого давления,

- на днище каждой камеры выполнены осевые отверстия, на которые установлены шаровые клапаны,

- на боковой поверхности камеры высокого давления выполнены сопла конфузорно-диффузорной формы по винтовой линии со смещением на угол 360°:2n, где n - количество сопел в одном витке, равное 6-24,

- при этом конфузорная часть сопел с внутренней стороны стенки камеры имеет цилиндрическую форму, а диффузорная их часть с внешней стороны стенки камеры имеет форму усеченного конуса, угол между осями цилиндрической и конической форм составляет 20-30°, предпочтительно 25°.

- на боковой поверхности камеры разрежения выполнены отверстия цилиндрической формы, причем суммарная площадь сечений этих отверстий больше площади сечения отверстия на дне камеры,

- соотношение длины конфузорной части сопла приблизительно в два раза меньше длины диффузорной части,

- двухкамерный активатор установлен на нижнем конце внутренней колонны труб,

- в качестве рабочего агента используют газ, который закачивают во внутреннюю колонну труб,

- нижняя часть двухкамерного активатора установлена на опору, выполненную в башмаке внутри наружной колонны труб.

Для создания глубокой депрессии на призабойную зону пласта колонна насосно-компрессорных труб спущена до кровли пласта (до верхних перфорационных отверстий), подъем жидкости осуществляют за счет максимального снижения веса столба жидкости в колонне подъемных труб путем смешения пластовой жидкости с газом, а также энергией сжатого газа, преобразуемого двухкамерным активатором. НКТ спускают до кровли пласта для того, чтобы осуществить таким образом подъем жидкости при самых низких динамических уровнях.

Двухкамерный активатор, посаженный на опору, выполненную в башмаке внутри наружной колонны труб, разобщает межтрубное и затрубное пространства, при этом затрубное пространство образовано колонной наружных труб и эксплуатационной колонной.

Диаметр внутренних труб выбирают в зависимости от диаметра наружных труб и возможностей скважины, технологическим режимом ее эксплуатации. Выполнение сопел по винтовой линии и смещение их относительно сопел смежного витка, их размер и количество обеспечивают режим турбулентности: чем мельче пузырьки газа, тем качественнее газожидкостная смесь, поднимаемая на поверхность.

Изобретение соответствует условию "изобретательский уровень", так как не является очевидным из уровня техники для специалиста.

Изобретение промышленно применимо, так как конструкция устройства может быть успешно реализована в условиях нефтегазодобывающих предприятий и использована для эксплуатации скважин компрессорно-фонтанным газлифтным способом.

На фиг.1 приведена общая схема устройства для подъема жидкости из скважины на поздних стадиях разработки. На фиг.2 приведен общий вид двухкамерного активатора. На фиг.3 приведен общий вид сопла конфузорно-диффузорной формы.

Устройство для подъема жидкости из скважины состоит из внутренней колонны труб 1, концентрично размещенной в наружной колонне насосно-компрессорных труб 2. В полости наружной колонны насосно-компрессорных труб 2 на нижнем ее конце выполнена опора 3, на которую посажен двухкамерный активатор 4. Двухкамерный активатор 4 состоит из камеры высокого давления 5 (фиг.2), боковая стенка которой выполнена с соплами 6, имеющими конфузорную форму 7 и диффузорную форму 8 (фиг.3), и камеры разрежения 9 с цилиндрическими отверстиями 10 в боковой стенке. В нижней части двухкамерного активатора, в днище камеры высокого давления 5 и в днище камеры разрежения 9 выполнены осевые отверстия, которые совместно с шарами 11 образуют обратные клапаны. Двухкамерный активатор 4 закреплен (размещен) в нижнем конце колонны внутренних труб 1.

Устройство в компрессорном режиме (фиг.4) работает следующим образом: рабочий агент - газ закачивают в колонну внутренних труб 1, газ попадает в камеру высокого давления 5 и через сопла 6 вырывается в межтрубное пространство 12, образованное внутренней колонной 1 и наружной колонной насосно-копрессорных труб 2; в диффузорной части 8 сопел давление в потоке газа снижается, а скорость увеличивается, создается разрежение (эжекторный эффект), шар 11 в камере разрежения 9 поднимается и пластовая жидкость попадает в межтрубное пространство 12, где смешивается с газом и поднимается на поверхность. В режиме периодического фонтанирования, под воздействием пластового давления шары 11 открыты (фиг.5), жидкость проходит через камеры разрежения 9 и высокого давления 5 по колонне внутренних труб 1, а также по межколонному пространству 12 поднимается на поверхность. Закачка газа не производится. В данном случае колонна внутренних труб также является подъемным лифтом.

Работа устройства на поздних стадиях из прекративших фонтанирование или периодически фонтанирующих скважин обеспечивается в результате оборудования его заявленным устройством. Заявленное устройство в сравнении с прототипом позволяет упростить конструкцию.

Использование данного изобретения позволяет производить также исследования по замеру пластового давления и температуры на забое скважины без подъема колонны НКТ, а также осуществлять замер динамического и статического уровней в затрубном пространстве. Устройство для подъема жидкости при соответствующих условиях может быть успешно применено взамен дорогостоящих электропогружных и штанговых установок и насосов, в особенности на завершающих стадиях разработки месторождений, а также при добыче нефти из скважин глубиной 2500 м со сверхнизким пластовым давлением.