способ добычи нефти и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ добычи нефти, включающий откачку продукции из пласта в скважину, частичную сепарацию свободного газа от жидкости, последующее поступление газожидкостной смеси с остаточным газосодержанием в насос и нагнетание ее в сопло струйного аппарата, эжектирование струйным аппаратом части продукции скважины из затрубного пространства в насосно-компрессорные трубы, поступление части свободного газа в затрубное пространство, подъем продукции на поверхность и регулирование давления в затрубном пространстве, отличающийся тем, что газожидкостную смесь с остаточным газосодержанием диспергируют перед поступлением в насос, причем при нагнетании газожидкостной смеси в сопло струйного аппарата придают струе смеси форму, предотвращающую звуковое запирание сопла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление в затрубном пространстве скважины поддерживают выше давления на устье скважины, причем продукцию скважины эжектируют с устья скважины в выкидную линию за счет энергии свободного газа с повышенным давлением из затрубного пространства и при этом поддерживают температуру газа в процессе эжектирования выше температуры начала гидратообразования.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что часть свободного газа из затрубного пространства направляют в насосно-компрессорные трубы над струйным аппаратом.

4. Устройство для добычи нефти, содержащее спущенные в скважину на насосно-компрессорных трубах насос и струйный аппарат, отличающееся тем, что на входе в насос установлен газосепаратор-диспергатор, при этом струйный аппарат снабжен соплом диафрагменного типа.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что выходное отверстие сопла диафрагменного типа имеет прямоугольные кромки.

6. Устройство по любому из пп.4 и 5, отличающееся тем, что на устье скважины расположен эжектор, снабженный регулируемым соплом, подключенным к затрубному пространству скважины, при этом приемная камера эжектора сообщена с устьем скважины, а диффузор - с выкидной линией, причем регулируемое сопло эжектора установлено с возможностью обогрева потоком эжектируемой с устья скважины продукцией.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что выше струйного аппарата на насосно-компрессорных трубах установлен перепускной клапан.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на линии, соединяющей затрубное пространство скважины и регулируемое сопло эжектора, установлен обратный клапан с возможностью обогрева потоком эжектируемой с устья скважины продукцией.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче нефти из скважин с высоким и сверхвысоким газовым фактором.

Известен способ подъема газированной жидкости из скважины, включающий сепарацию части свободного газа от жидкости, поступление газожидкостной смеси с остаточным газосодержанием в насос, нагнетание ее в сопло струйного аппарата, эжектирование струйным аппаратом части продукции скважины на поверхность, и устройство для его осуществления, содержащее насос, центробежный газосепаратор и струйный аппарат (патент СССР №1825544, F 04 F 5/54, 1988). Известные способ и устройство имеют низкую эффективность при высоком газовом факторе скважины.

Наиболее близкими к заявляемому изобретению являются способ добычи нефти, включающий откачку продукции из пласта в скважину, частичную сепарацию свободного газа от жидкости, последующее поступление газожидкостной смеси с остаточным газосодержанием в насос и нагнетание ее в сопло струйного аппарата, эжектирование струйным аппаратом части продукции скважины из затрубного пространства в насосно-компрессорные трубы, поступление части свободного газа в затрубное пространство, подъем продукции на поверхность и регулирование давления в затрубном пространстве, и устройство для его осуществления, содержащее спущенные в скважину на насосно-компрессорных трубах насос, центробежный газосепаратор и струйный аппарат (патент СССР №1831593, F 04 F 5/54, 1988). Известные способ и устройство имеют низкую эффективность и ограниченную область применения при высоком газосодержании откачиваемой продукции вследствие недостаточно полной сепарации скважинной газожидкостной смеси и серьезного ухудшения при этом рабочих параметров насоса, а также звукового запирания потока газожидкостной смеси при истечении из сопла струйного аппарата.

Задачей изобретения является повышение эффективности и расширение области применения насосно-эжекторной добычи нефти из скважин с высоким газовым фактором путем устранения вредного влияния остаточного газа на работу насоса и предотвращения при этом звукового запирания сопла струйного аппарата при нагнетании потока газожидкостной смеси.

Повышение эффективности и расширение области применения в способе добычи нефти достигается тем, что газожидкостную смесь с остаточным газосодержанием диспергируют перед поступлением в насос, причем при нагнетании газожидкостной смеси в сопло струйного аппарата придают струе смеси форму, предотвращающую звуковое запирание сопла. В вариантах способа повышение эффективности и расширение области применения достигается также тем, что давление в затрубном пространстве скважины поддерживают выше давления на устье скважины, причем продукцию скважины эжектируют с устья скважины в выкидную линию за счет энергии свободного газа с повышенным давлением из затрубного пространства и при этом поддерживают температуру газа в процессе эжектирования выше температуры начала гидратообразования, а часть свободного газа из затрубного пространства направляют в насосно-компрессорные трубы над струйным аппаратом.

Повышение эффективности и расширение области применения в устройстве для добычи нефти достигается тем, что на входе в насос установлен газосепаратор-диспергатор, при этом струйный аппарат снабжен соплом диафрагменного типа. В варианте выполнения устройства выходное отверстие сопла диафрагменного типа имеет прямоугольные кромки. В других вариантах устройства на устье скважины расположен эжектор, снабженный регулируемым соплом, подключенным к затрубному пространству скважины, при этом приемная камера эжектора сообщена с устьем скважины, а диффузор - с выкидной линией, причем регулируемое сопло эжектора установлено с возможностью обогрева потоком эжектируемой с устья скважины продукцией, выше струйного аппарата на насосно-компрессорных трубах установлен перепускной клапан, а на линии, соединяющей затрубное пространство скважины и регулируемое сопло эжектора, установлен обратный клапан с возможностью обогрева потоком эжектируемой с устья скважины продукцией.

Следует отметить, что положительный эффект в способе добычи нефти достигается исключительно при совместном применении двух признаков: диспергации остаточного газа в смеси на приеме насоса и формирования струи газожидкостной смеси при истечении из сопла струйного аппарата с предотвращением звукового запирания сопла.

Действительно, использование только диспергирования смеси с остаточным газосодержанием перед поступлением в насос приводит к снижению вредного влияния газа и повышению напора насоса. Однако положительный эффект при этом сводится на нет звуковым запиранием сопла струйного аппарата, поскольку через сопло проходит газожидкостная смесь, скорость звука в которой существенно меньше скорости звука в однородной жидкости.

Применение же только признака придания струе газожидкостной смеси формы, предотвращающей звуковое запирание сопла, также не дает положительного эффекта. При высоких газовых факторах даже самые продвинутые схемы центробежной сепарации не могут обеспечить достаточно полного отделения газа от жидкости в ограниченных габаритах скважины. Остаточный газ попадает в насос и резко снижает его напор, работа насоса становится неустойчивой - вплоть до срыва подачи. Поскольку насос не развивает напора либо срывает подачу, при этом вообще бессмысленно пытаться каким-либо образом формировать струю газожидкостной смеси - добыча нефти становится невозможной.

Аналогичным образом, применительно к устройству для добычи нефти, положительный эффект приносит только совместное использование признаков установки на входе в насос газосепаратора-диспергатора и снабжения струйного аппарата соплом диафрагменного типа. В газосепараторе-диспергаторе после отделения части газа в затрубное пространство происходит интенсивная диспергация смеси с остаточным газосодержанием, что устраняет вредное влияние остаточного газа на работу насоса. Насос развивает при этом высокий напор, достаточный для нагнетания смеси в сопло струйного аппарата. Диафрагменный тип сопла способствует формированию сначала сужающейся, а потом плавно расширяющейся струи газожидкостной смеси. Такая форма струи предотвращает звуковое запирание сопла на газожидкостной смеси в широком диапазоне газосодержаний. Наилучшие результаты, как показали экспериментальные исследования авторов настоящего изобретения, достигаются в том случае, когда выходное отверстие сопла диафрагменного типа имеет прямоугольные кромки.

Указанные выше отличительные признаки изобретения позволяют повысить эффективность добычи нефти из скважин. Кроме того, при этом существенно расширяется область применения насосно-эжекторной нефтедобычи, т. к. появляется возможность успешно эксплуатировать скважины с высоким и сверхвысоким газовым фактором, где применение известных технических решений не позволяет добиться устойчивой, без срывов подачи, работы.

На фиг.1 представлена схема устройства для добычи нефти, на фиг.2 - диафрагменное сопло и форма струи газожидкостной смеси, на фиг.3 - вариант выполнения устройства с регулируемым эжектором на устье скважины, на фиг.4 - вариант выполнения устройства с перепускным клапаном, на фиг.5 - вариант выполнения регулируемого эжектора с обратным клапаном.

Устройство для добычи нефти (см. фиг.1) содержит спущенные в скважину 1 на насосно-компрессорных трубах 2 насос 3 и струйный аппарат 4. Скважина 1 эксплуатирует нефтяной пласт 5. На входе в насос 3 установлен газосепаратор-диспергатор 6 с приемной сеткой 7, отверстиями 8 для сброса газа в затрубное пространство 9 скважины 1 и узлом диспергации 10. Насос 3 с газосепаратором-диспергатором 6 приводится в действие погружным электродвигателем 11. Струйный аппарат 4 снабжен соплом 12 диафрагменного типа. Кроме того, в состав струйного аппарата 4 входят приемная камера 13 с обратным клапаном 14, камера смешения 15 и диффузор 16.

В варианте выполнения устройства выходное отверстие сопла 12 диафрагменного типа имеет прямоугольные кромки 17 (см. фиг.2). Струя газожидкостной смеси, истекающей из сопла 12, показана позицией 18.

В другом варианте устройства (см. фиг.3) на устье 19 скважины 1 расположен эжектор 20, снабженный регулируемым соплом 21, подключенным к затрубному пространству 9 скважины 1 посредством линии 22. Приемная камера 23 эжектора 20 сообщена с устьем 19 скважины 1, а диффузор 24 - с выкидной линией 25. Эжектор 20 содержит также камеру смешения 26. Регулируемое сопло 21 эжектора 20 установлено с возможностью обогрева потоком эжектируемой с устья 19 скважины 1 продукцией. На устьевой арматуре скважины 1 расположены манометры 27 и 28 для замера устьевого и затрубного давлений.

В одном из вариантов устройства (см. фиг.4) на насосно-компрессорных трубах 2 выше струйного аппарата 4 установлен перепускной клапан 29.

И, наконец, в последнем варианте устройства (см. фиг.5) на линии 22, соединяющей затрубное пространство 9 скважины 1 и регулируемое сопло 21 эжектора 20, установлен обратный клапан 30 с возможностью обогрева потоком эжектируемой с устья 19 скважины 1 продукцией.

Способ добычи нефти согласно настоящему изобретению осуществляют следующим образом.

Продукцию пласта 5 (нефтегазовую или водонефтегазовую смесь) откачивают в скважину 1. На входе в насос 3 производят частичную сепарацию свободного газа от жидкости, причем газожидкостную смесь с остаточным газосодержанием диспергируют перед поступлением в насос 3. Мелкодисперсную газожидкостную смесь с остаточным газосодержанием нагнетают насосом 3 в сопло 12 струйного аппарата 4, придавая при этом струе 18 смеси форму, предотвращающую звуковое запирание сопла. Как показано на фиг.2, струя 18 смеси сначала сужается, а затем плавно расширяется. Струйным аппаратом 4 эжектируют часть продукции скважины 1 из затрубного пространства 9 в насосно-компрессорные трубы 2, поднимая продукцию на поверхность. Часть свободного газа поступает в затрубное пространство 9 и идет по нему на поверхность, минуя струйный аппарат 4.

В варианте способа давление Рзатр в затрубном пространстве 9 скважины 1 поддерживают выше давления Ру на устье 19 скважины 1, причем продукцию скважины 1 эжектируют с устья 19 скважины 1 в выкидную линию 25 за счет энергии свободного газа с повышенным давлением из затрубного пространства 9. При этом поддерживают температуру газа в процессе эжектирования выше температуры начала гидратообразования путем обогрева сопла 21 потоком откачиваемой с устья 19 продукции, что предотвращает перекрытие сопла 21 эжектора 20 гидратами.

В скважинах со сверхвысоким газовым фактором часть свободного газа, миновавшую струйный аппарат 4, перепускают из затрубного пространства 9 с повышенным давлением в насосно-компрессорные трубы 2 над струйным аппаратом 4. Это позволяет более полно использовать энергию свободного газа для подъема жидкости в таких условиях.

Устройство для добычи нефти работает следующим образом.

Газожидкостная (нефтегазовая или водонефтегазовая) смесь из скважины 1 поступает через приемную сетку 7 в газосепаратор-диспергатор 6. Часть свободного газа отделяется в газосепараторе-диспергаторе 6 от жидкости и сбрасывается через отверстия 8 в затрубное пространство 9, а газожидкостная смесь с остаточным газосодержанием диспергируется в узле диспергации 10 газосепаратора-диспергатора 6. Мелкодисперсная газожидкостная смесь нагнетается насосом 3, не испытывающим при этом вредного влияния газа, в сопло 12 диафрагменного типа. В варианте устройства смесь нагнетается в сопло 12 диафрагменного типа с прямоугольными кромками 17. Струя 18 газожидкостной смеси сначала сужается, а потом плавно расширяется, что предотвращает звуковое запирание сопла 12 струйного аппарата 4, который эффективно откачивает при этом продукцию из затрубного пространства 9 через обратный клапан 14 в приемную камеру 13. В камере смешения 15 происходит энергообмен между взаимодействующими потоками, а в диффузоре 16 - преобразование кинетической энергии смешанного потока в потенциальную энергию давления. Поток продукции поднимается далее по насосно-компрессорным трубам 2 на поверхность.

В варианте выполнения устройства свободный газ с повышенным давлением из затрубного пространства 9 поступает по линии 22 в регулируемое сопло 21 эжектора 20. Струя газа эжектирует газожидкостную смесь с устья 19 скважины 1 через приемную камеру 23, камеру смешения 26 и диффузор 24 в выкидную линию 25. Этим достигается снижение давления на устье 19 скважины 1, что способствует увеличению нефтедобычи. Изменением площади регулируемого сопла 21 можно задавать различные режимы эксплуатации скважины 1. Регулируемое сопло 21 размещено внутри приемной камеры 23 с возможностью обогрева потоком эжектируемой с устья 19 скважины 1 продукцией, что предотвращает гидратообразование.

В другом варианте устройства часть газа из затрубного пространства 9 направляется через перепускной клапан 29 в насосно-компрессорные трубы 2 выше струйного аппарата 4, что приводит к дополнительному лифтированию газом продукции на поверхность.

При установке на линии 22, соединяющей затрубное пространство 9 и регулируемое сопло 21 эжектора 20, обратного клапана 30 с возможностью обогрева потоком эжектируемой с устья 19 скважины 1 продукцией, предотвращается слив продукции из выкидной линии 25 обратно в скважину 1 при остановках устройства (например, из-за отключений электроэнергии). Обратный клапан 30 при этом в процессе работы не замерзает.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет существенно повысить эффективность и расширить область применения способа и устройства для добычи нефти по сравнению с известными изобретениями.