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 ниже и выше пакера, насос, отличающаяся тем, что она имеет возможность герметизации на устье скважины заколонного пространства скважины, насос выполнен погружным в виде цилиндра с поршнем, который установлен в составе колонны труб выше всасывающего и нагнетательного клапанов, при этом всасывающий клапан расположен в зоне водоносного пласта, а нагнетательный - в зоне нефтеносного пласта с возможностью всасывания жидкости из водоносного пласта через заколонное пространство до тех пор, пока поршень не достигнет крайнего верхнего положения при ограниченных возвратно-поступательных его перемещениях относительно цилиндра и закачки жидкости из цилиндра через заколонное пространство ниже пакера в нефтеносный пласт, пока поршень не достигнет крайнего нижнего положения, причем колонна насосных штанг на устье скважины оснащена датчиком ее нагрузки с возможностью отключения и включения привода насоса в зависимости от заполнения заколонного пространства жидкостью из водоносного пласта.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ закачки воды в нефтяной пласт (авторское свидетельство №283120, Е 21 В 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, Е 21 В 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, 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, в связи с чем в процессе работы установки требуется постоянный и строгий контроль химического состава масла;

во-вторых, сложность конструкции, обусловленная наличием верхнего и нижнего датчиков уровня, емкости, станция управления для переключения направления вращения электродвигателя;

в-третьих, масло имеет большую плотность сравнительно с закачиваемой жидкостью, в связи с чем требуются большие затраты электроэнергии на питание электродвигателя для привода в движение масла в колонне НКТ;

в-четвертых, насос выполнен в поверхностном исполнении, и поэтому чем меньше пластовое давление и ниже находится водоносный пласт от поверхности, тем ниже эффективность его использования.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции установки с одновременным повышением эффективности ее работы и сокращение затрат потребляемой электроэнергии.

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 насос выполнен погружным в виде цилиндра с поршнем, который установлен в составе колонны труб выше клапана, размещенного выше пакера, при этом всасывающий клапан расположен в зоне водоносного пласта, а нагнетательный - в зоне нефтеносного пласта, причем привод насоса на устье оснащен датчиком нагрузки с возможностью отключения и включения привода.

На фиг.1 изображен первый вариант эксплуатации предлагаемой установки, когда водоносный пласт находится выше нефтеносного пласта.

На фиг.2 изображен второй вариант эксплуатации предлагаемой установки, когда нефтеносный пласт находится выше водоносного пласта.

По первому варианту согласно фиг.1 изображена установка для закачки жидкости из водоносного пласта 1 скважины 2 в нефтеносный пласт 3. Установка содержит пакер 4, колонну труб 5 с нагнетательным 6 и всасывающим 7 клапанами, размещенными соответственно ниже и выше пакера 4, а также насос 8.

Насос 8 выполнен погружным в виде цилиндра 9 с поршнем 10, который соединен сверху с колонной насосных штанг 11. Поршень 10 установлен в составе колонны труб 5 (например, колонны НКТ) выше всасывающего клапана 7, размещенного выше пакера 4.

Всасывающий клапан 7 расположен в зоне водоносного пласта 1, а нагнетательный клапан 6 в зоне нефтеносного пласта 3.

По второму варианту (на фиг.2) изображена установка для закачки жидкости из водоносного пласта 1 скважины 2 в нефтеносный пласт 3. Установка содержит пакер 4, колонну труб 5 с нагнетательным 6 и всасывающим 7 клапанами, размещенными соответственно ниже и выше пакера 4, а также насос 8.

Насос 8 выполнен погружным в виде цилиндра 9 с поршнем 10, который жестко соединен сверху с колонной насосных штанг 11. Поршень 10 установлен в составе колонны труб 5 (например, колонны НКТ) выше нагнетательного клапана 6, размещенного выше пакера 4. Всасывающий клапан 7 расположен в зоне водоносного пласта 1, а нагнетательный клапан 6 в зоне нефтеносного пласта 3.

По первому и второму варианту привод насоса 8 выполнен в виде колонны насосных штанг 12 и на устье оснащен датчиком нагрузки, например пьезометрическим датчиком, показания которого считываются пультом управления (на фиг.2 не показано) с возможностью отключения и включения привода.

Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 11.

Установка для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт по первому варианту (см. фиг.1) работает следующим образом.

С устья скважины (на фиг.1 не показано) посредством колонны насосных штанг 12 приводится в действие поршень 10 насоса 8, который совершает относительно цилиндра 9, установленного в составе колонны труб 5, ограниченное возвратно-поступательное перемещение.

При этом в процессе движения поршня 10 вверх происходит всасывание жидкости из водоносного пласта 1 через заколонное пространство 13 скважины 2 выше пакера 4 во внутреннюю полость цилиндра 9, при этом всасывающий клапан 7 открыт, а нагнетательный клапан 6 закрыт. Процесс заполнения внутренней полости цилиндра 9 продолжается до тех пор, пока поршень 10 не достигнет крайнего верхнего положения.

Далее происходит перемещение колонны насосных штанг 12 и соответственно жестко соединенного с ним поршня 10 насоса 8 вниз, при этом жидкость закачивается из внутренней полости цилиндра 9 через заколонное пространство 14 скважины 2 ниже пакера 4 в нефтеносный пласт 3, при этом нагнетательный клапан 6 открыт, а всасывающий клапан 7 закрыт. Закачка жидкости в нефтеносный пласт 3 продолжается до тех пор, пока поршень 10 насоса 8 не достигнет крайнего нижнего положения.

В дальнейшем цикл работы установки повторяется. Циклическая закачка жидкости в нефтеносный пласт 3 продолжается до тех пор, пока не закончится жидкость в заколонном пространстве 13. Это происходит при условии, если производительность насоса 8 превышает дебит (отдачу) жидкости водоносного пласта 1 в заколонное пространство 13.

По окончании закачиваемой жидкости в заколонном пространстве 13 прекращается заполнение внутренней полости цилиндра 9, в связи с чем вес колонны насосных штанг 12 увеличивается, то есть достигает максимальной нагрузки, на что реагирует пьезометрический датчик нагрузки, установленный на колонне насосных штанг 12 на устье скважины, который подает сигнал на пульт управления на отключение привода. Установка отключается на время заполнения заколонного пространства 13 жидкостью из водоносного пласта 1. В процессе заполнения заколонного пространства 13 пьезометрический датчик тестирует нагрузку на колонне насосных штанг 12, которая уменьшается по мере заполнения заколонного пространства 13 и по мере достижения минимальной нагрузки пьезометрический датчик дает сигнал на пульт управление на включение привода.

Установка для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт по второму варианту (см. фиг.2) работает следующим образом.

Перед запуском установки в работу на устье герметизируют заколонное пространство 13 скважины 2.

С устья скважины (на фиг.2 не показано) посредством колонны насосных штанг 12 приводится в действие поршень 10 насоса 8, который совершает относительно цилиндра 9, установленного в составе колонны труб 5, ограниченное возвратно-поступательное перемещение.

При этом в процессе движения поршня 8 вверх происходит всасывание жидкости из водоносного пласта 1 через заколонное пространство 14 скважины 2 ниже пакера 4 во внутреннюю полость цилиндра 9, при этом всасывающий клапан 7 открыт, а нагнетательный клапан 6 закрыт. Процесс заполнения внутренней полости цилиндра 9 продолжается до тех пор, пока поршень 10 не достигнет крайнего верхнего положения.

Далее происходит перемещение колонны насосных штанг 12 и соответственно жестко соединенного с ним поршня 10 насоса 8 вниз, при этом жидкость закачивается из внутренней полости цилиндра 9 через затрубное пространство 13 скважины 2 выше пакера 4 в нефтеносный пласт 3, при этом нагнетательный клапан 6 открыт, а всасывающий клапан 7 закрыт. Закачка жидкости в нефтеносный пласт 3 продолжается до тех пор, пока поршень 10 насоса 8 не достигнет крайнего нижнего положения.

В дальнейшем цикл работы установки повторяется. Циклическая закачка жидкости в нефтеносный пласт 3 продолжается до тех пор, пока не закончится жидкость в заколонном пространстве 14. Это происходит при условии, если производительность насоса 8 превышает дебит (отдачу) жидкости водоносного пласта 1 в заколонное пространство 14.

По окончании жидкости в заколонном пространстве 14 прекращается заполнение внутренней полости цилиндра 9, в связи с чем вес колонны насосных штанг 12 увеличивается, то есть достигает максимальной нагрузки, на что реагирует пьезометрический датчик нагрузки, установленный на колонне насосных штанг 12 на устье скважины, который подает сигнал на пульт управления на отключение привода. Установка отключается на время заполнения заколонного пространства 14 жидкостью из водоносного пласта 1. В процессе заполнения заколонного пространства 14 пьезометрический датчик тестирует нагрузку на колонне насосных штанг 12, которая уменьшается по мере заполнения заколонного пространства 14, и по мере достижения минимальной нагрузки пьезометрический датчик дает сигнал на пульт управления на включение привода.

Предлагаемая установка для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт имеет простую конструкцию, кроме того, насос глубинного исполнения устанавливается непосредственно в интервале водоносного и нефтеносного пластами скважины, что позволяет повысить эффективность работы насоса.

Установка позволяет экономить электроэнергию, так как в процессе цикла нагнетания происходит движение колонны штанг, жестко связанной с поршнем, вниз, при этом насос работает в рекуперативном режиме с отдачей электроэнергии в промысловую сеть.