установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки воды в пласт. Для добычи нефти вода


Установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки воды в пласт

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности и может быть использовано для одновременно-раздельной добычи нефти и закачки попутно-добываемой воды в нижерасположенный водоносный горизонт. Обеспечивает повышение эффективности способа. Сущность изобретения: установка содержит электроцентробежный насос с дополнительной секцией, расположенной снизу погружного электродвигателя на одном валу с ним и имеющей канал в корпусе для выхода жидкости нижнего пласта в надпакерное пространство скважины, гидрозащиту, приемный патрубок для отбора жидкости нижнего пласта с пакером, установленным между верхним и нижним пластами. Согласно изобретению между приемным патрубком для отбора жидкости нижнего пласта и дополнительной секцией насоса установлена входная труба, которая заканчивается проходным плунжером и имеющая перегородку, выше которой расположен канал для поступления расслоившейся попутно-добываемой воды в приемную часть дополнительной секции насоса. Ниже перегородки расположен канал, сообщенный с каналом на выходе дополнительной секции с помощью плоской трубы. Приемный патрубок установки имеет в верхней части цилиндр, образующий с плунжером трубы пару трения и заканчивающийся воронкой-сепаратором. При этом верхняя кромка воронки-сепаратора расположена выше канала поступления расслоившейся воды во входную трубу. 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности и может быть использовано для одновременно-раздельной добычи нефти и закачки отделившейся в стволе скважины попутно-добываемой воды в нижерасположенный водоносный горизонт, а также для добычи обводненной нефти из бокового ствола скважины и закачки отделившейся воды в поглощающий горизонт через основной ствол скважины.

Для одновременно раздельной добычи нефти и закачки воды (ОРДиЗ) известна установка винтового насоса /1/, состоящая из двух последовательно расположенных винтовых пар, верхняя из которых откачивает на поверхность по колонне насосно-компрессорных труб нефтяную фазу, а нижняя закачивает расслоившуюся в скважине пластовую воду в подпакерную зону в нижележащий водопоглощающий горизонт. Установка имеет штанговый привод и не позволяет обеспечивать существенные по объемам отборы нефти и закачки воды.

Известна штанговая насосная установка для ОРДиЗ с насосом двойного действия /2/, представляющая собой сочлененные 2 плунжера разного диаметра, нижний из которых с помощью клапанов откачивает пластовую воду, а верхний с помощью других клапанов откачивает нефтяную фазу. Недостатками установки является наличие двух плунжерных пар, увеличивающих трение в подземном оборудовании, а также относительно небольшая суммарная подача установки.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов /3/. Электроцентробежная установка включает нижнюю дополнительную секцию ступеней рабочих колес, осуществляющих откачку жидкости из нижнего пласта в надпакерное пространство скважины. Жидкость нижнего пласта поступает на прием дополнительной секции насосной установки через приемный патрубок с пакером. Из последней ступени дополнительной секции жидкость нижнего пласта через каналы в корпусе поступает в скважину над пакером, где смешивается с жидкостью верхнего пласта. Смесь продукций верхнего и нижнего пластов поступает в приемный модуль основного насоса и откачивается на поверхность по колонне НКТ. Основной насос и дополнительная секция расположены на одном валу с погружным электродвигателем (ПЭД) и разделены от него гидрозащитами.

Описанная установка, выбранная в качестве прототипа, не может быть использована для закачки отделившейся воды верхнего пласта в нижележащий горизонт.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение закачки отделившейся в скважине пластовой воды в нижележащий поглощающий горизонт.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем электроцентробежный насос с дополнительной секцией, расположенной снизу погружного электродвигателя на одном валу с ним и имеющей канал в корпусе для выхода жидкости нижнего пласта в надпакерное пространство скважины, гидрозащиты, приемный патрубок для отбора жидкости нижнего пласта с пакером, установленным между верхним и нижним пластами, между приемным патрубком для отбора жидкости нижнего пласта и дополнительной секцией насоса установлена входная труба, которая заканчивается проходным плунжером и имеющая перегородку, выше которой расположен канал для поступления расслоившейся попутно-добываемой воды в приемную часть дополнительной секции насоса, а ниже перегородки расположен канал, сообщенный с каналом на выходе дополнительной секции с помощью плоской трубы, а приемный патрубок установки имеет в верхней части цилиндр, образующий с плунжером трубы пару трения и заканчивающийся воронкой-сепаратором, причем верхняя кромка воронки-сепаратора расположена выше канала поступления расслоившейся воды во входную трубу.

На фигурах 1, 2, 3 и 4 показана схема предложенного устройства. В скважину на колонне насосно-компрессорных труб 1 спущена электроцентробежная установка, состоящая из верхнего (основного) насоса 2, погружного электродвигателя 3, дополнительной секции 4, приемного модуля 5, гидрозащит 6 и 7, расположенных по обе стороны электродвигателя 3. К погружному электродвигателю 3 подходит электрический кабель 8. На вход дополнительной секции 4 насоса снизу подходит труба 9 с перегородкой 10, непосредственно выше и ниже которой в трубе 9 выполнены боковые каналы 11 и 12. В нижней части труба 9 заканчивается проходным плунжером 13. К корпусу дополнительной секции 4 насоса на уровне расположения верхнего рабочего колеса 14 подведена плоская труба 15, которая нижним концом входит в канал 12 трубы 9.

Плунжер 13 входит герметично в цилиндр 16 приемного патрубка 17, установленного в скважине с помощью пакера 18, разделяющего продуктивный 19 и поглощающий 20 пласты. В верхней части патрубок 17 заканчивается воронкой-сепаратором 21. Труба 15, закрепленная к корпусу секции 4, выполнена плоской для уменьшения габаритов установки.

На фигурах 3 и 4 показаны варианты размещения установки в скважине с пробуренным боковым стволом 22.

Работа устройства происходит следующим образом. Вначале производится спуск в скважину приемного патрубка 17 с цилиндром 16 и воронкой-сепаратором 21. Патрубок 17 устанавливается в скважине с помощью пакера 18, размещенного между продуктивным 19 и поглощающим 20 пластами.

Далее в скважину спускается электроцентробежный насос с трубой 9, проходным плунжером 13 и плоской трубой 15. Труба 9 своим проходным плунжером 13 входит в цилиндр 16 патрубка 17. Воронка-сепаратор 21 выполняет при этом роль центратора, позволяющего патрубку 17 располагаться соосно в скважине и осуществлять вход плунжера 13 в цилиндр 16 патрубка 17. Плунжер 13 в совокупности с цилиндром 16 образуют герметизирующую пару трения, позволяющую с одной стороны разобщать приемную полость нижней секции 4 насоса от надпакерного пространства, с другой - устранять передачу вибрации насоса пакеру 18 и предупреждать постепенную разгерметизацию последнего.

Работа установки заключается в следующем. В надпакерном пространстве на забое обводненной скважины всегда присутствует столб пластовой воды. В этой связи нефтяная фаза из продуктивного пласта 19 выходит через перфорационные отверстия в ствол скважины в виде капель, которые всплывают в движущемся вверх сплошном потоке водной фазы. Водонефтяная смесь продуктивного пласта 19, попадая в зазор между воронкой-сепаратором 21 и стенкой скважины, увеличивает свою скорость и позволяет эффективно отделить воду от нефти за верхней кромкой воронки-сепаратора. В этом случае воронка 21 играет роль сепаратора нефти лабиринтного типа. Водная фаза, освобожденная от всплывающей нефтяной фазы, как более тяжелая среда, движется вниз к каналу 11 трубы 9 и попадает на прием нижней секции 4 насоса. На выходе из последней ступени этой секции нагнетаемая водная фаза входит в плоскую трубу 15, попадает через канал 12 в патрубок 17 и далее закачивается в подпакерное пространство, то есть в поглощающий водоносный пласт 20.

Нефтяная фаза из ствола скважины в силу меньшей плотности поступает в приемный модуль 5 насоса и верхней секцией 2 откачивается на поверхность.

В установке предусмотрены гидрозащиты 6 и 7, защищающие погружной электродвигатель 3 от попадания жидкости с обеих сторон.

Установка герметичной пары трения (плунжер 13-цилиндр 16) позволяет, во-первых, снимать вибрационные нагрузки на пакер 18 и его постепенную разгерметизацию, во-вторых, осуществлять подъем насоса 2 без операции срыва пакера и обрыва корпуса насоса. В этом случае срыв пакера производят дополнительным спуском ловильного инструмента.

В тех случаях, когда к скважине пробурен боковой ствол 22 (фиг.3), воронка-сепаратор 21 располагается выше места зарезки бокового ствола. В этом случае возможны два варианта закачки отделившейся воды. По первому закачка воды осуществляется так же как показано на фиг.1 в нижележащий поглощающий горизонт 20. По второму варианту закачка воды может осуществляться в продуктивный пласт 19 с целью вытеснения нефти от центра к забою бокового ствола и увеличения коэффициента нефтеизвлечения (фиг.4).

Технико-экономическим преимуществом предложенной установки является возможность утилизации попутно-добываемой воды в поглощающий горизонт без подъема ее на поверхность, а также увеличения конечного извлечения нефти из продуктивного пласта с помощью бурения бокового ствола.

Источники информации

1. Патент №2284410 РФ, МКП E21B 43/40. Скважинная насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт. 2006. Бюл. №27.

2. Патент №63864 РФ, МКП E21B 43/38, E21B 43/40, 2006. Установка скважинная штанговая насосная с насосом двойного действия / Валовский В.М., Басос Г.Ю., Валовский К.М. и др. Заявл. 01.02.2007 г. Опубл. 10.06.2007 г. Бюл. №16.

3. Патент №69146 РФ, МПК E21B 43/14, 2006. Установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов / Павлов Е.Г., Валеев М.Д., Сергиенко В.Н. и др. Заявл. 13.04.2006. Опубл. 10.12.2007. Бюл. №34.

Установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки воды в пласт, содержащая электроцентробежный насос с дополнительной секцией, расположенной снизу погружного электродвигателя на одном валу с ним и имеющей канал в корпусе для выхода жидкости нижнего пласта в надпакерное пространство скважины, гидрозащиту, приемный патрубок для отбора жидкости нижнего пласта с пакером, установленным между верхним и нижним пластами, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности добычи нефти и закачки отделившейся в скважине пластовой воды в нижележащий поглощающий горизонт, между приемным патрубком для отбора жидкости нижнего пласта и дополнительной секцией насоса установлена входная труба, которая заканчивается проходным плунжером и имеет перегородку, выше которой расположен канал для поступления расслоившейся попутно-добываемой воды в приемную часть дополнительной секции насоса, а ниже перегородки расположен канал, сообщенный с каналом на выходе дополнительной секции с помощью плоской трубы, а приемный патрубок установки имеет в верхней части цилиндр, образующий с плунжером трубы пару трения и заканчивающийся воронкой-сепаратором, причем верхняя кромка воронки-сепаратора расположена выше канала поступления расслоившейся воды во входную трубу.

www.findpatent.ru

Скважинная насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче обводненной нефти и утилизации попутно добываемой воды. Техническим результатом изобретения является создание насосной установки, увеличение эффективности и упрощение конструкции за счет устранения дополнительных устройств, перекрывающих входы насосов, облегчение обслуживания и регулировки за счет расположения привода на устье скважины, а также упрощение подбора насосов требуемой производительности и исключение использования разнонаправленных насосов для снижения себестоимости. Установка включает пакер, установленный между верхними и нижним пластами, верхний и нижний насосы, спущенные на лифтовой колонне в скважину и установленные выше пакера, привод насосов. Вход нижнего насоса размещен ниже динамического уровня выделившейся под действием гравитации воды из водонефтяной смеси верхнего пласта, а выход сообщен с подпакерным пространством. Вход верхнего насоса размещен выше динамического уровня выделившейся воды, а выход сообщен с лифтовой колонной. Насосы снабжены приводом, размещенным на поверхности. Между червячными валами установлен редуктор, входной вал которого соединен с низом верхнего червячного вала, а выходной - с верхом нижнего червячного вала насосов. Корпус редуктора жестко соединен с колонной лифтовых труб, а его передаточное отношение подобрано так, чтобы соотношение производительностей верхнего и нижнего насосов соответствовало соотношению количества поступающих в скважину воды и нефти с условием обеспечения гравитационного разделения водонефтяной смеси верхнего пласта при противоположном вращении червячных валов. 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче обводненной нефти и утилизации попутно добываемой воды.

Известно устройство для сепарации нефти и воды (патент US №6202744, Е21В 43/40, опубл. 20.03.2001 г.), включающее пакер, установленный в скважине между пластами, выше которого размещены два разнонаправленных насоса с приводным электродвигателем, расположенным между насосами с возможностью их синхронного вращения, причем входные каналы насосов, выполненные в виде охватывающих разнонаправленных кожухов, размещены выше пакера, а расстояние между ними и интервал установки выполнены с возможностью регулировки за счет изменения высоты боковых буртов кожухов, при этом выход верхнего насоса сообщен с устьем скважины, а нижнего - с подпакерным пространством скважины.

Известна скважинная насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт (патент RU №2284410, Е21В 43/40, 43/14, опубл. бюл. №27 от 27.09.2006 г.), содержащая насосы с возможностью их последовательного расположения в скважине и имеющая выходные и входные устройства, привод насосов и пакер, имеющий возможность расположения между пластами в скважине, один из которых с водонефтяной смесью, а другой, нижний, - для приема воды, при этом скважинная насосная установка содержит винтовые насосы с их приводом на поверхности и полированный шток с сальником, соединяющим червячный вал верхнего насоса с червячным валом нижнего насоса, входное устройство которого имеет радиальные отверстия для поступления водной фазы из водонефтяной смеси, и пазы, причем нижний насос имеет кожух, образующий канал для нагнетания воды в нижний пласт через этот канал и пазы входного устройства нижнего насоса при том же вращении червячного вала.

Недостатками данной установки являются:

- сложность и высокая стоимость входного и выходного устройств нижнего насоса;

- неэффективное использование нижнего насоса из-за большого количества сужений и изменений направления потока жидкости в его входном и выходном устройствах, что приводит к невозможности определения точной разницы в производительности насосов, потерям давления, создаваемого насосом, и, как следствие, снижению коэффициента полезного действия (КПД) нижнего насоса;

- необходимость и сложность точного подбора насосов, чтобы производительность их соответствовала обводненности продукции верхнего пласта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для сепарации нефти и воды (патент US №6202744, Е21В 43/40, опубл. 20.03.2001 г.), включающее пакер, установленный в скважине между пластами, выше которого размещены два разнонаправленных насоса, спущенных на лифтовой колонне, с приводным электродвигателем, расположенным между насосами с возможностью их синхронного вращения, причем входные устройства насосов, выполненные в виде охватывающих разнонаправленных кожухов, размещены выше пакера, а расстояние между ними и интервал установки выполнены с возможностью регулировки за счет изменения высоты боковых буртов кожухов, при этом выход верхнего насоса сообщен с лифтовой колонной, а нижнего - с подпакерным пространством скважины.

Недостатками данной установки являются:

- расположение электродвигателя с кабелем в скважине, затрудняющее обслуживание и повышающее вероятность аварийных ситуаций;

- неэффективное использование насосов из-за изменений направления потока жидкости в их входных устройствах, выполненных в виде разнонаправленных кожухов, что приводит к сложностям в определении производительности насосов, потерям давлений, создаваемых насосами, и, как следствие, снижению их КПД;

- необходимость и сложность точного подбора насосов, чтобы производительность их соответствовала обводненности продукции верхнего пласта.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание насосной установки, увеличение эффективности и упрощение конструкции за счет устранения дополнительных устройств, перекрывающих входы насосов, облегчение обслуживания и регулировки за счет расположения привода на устье скважины, а также упрощение подбора насосов требуемой производительности и исключение использования разнонаправленных насосов для снижения себестоимости.

Техническая задача решается скважинной насосной установкой для добычи нефти и закачки воды в пласт, включающей пакер, установленный между верхними и нижним пластами, верхний и нижний насосы, спущенные на лифтовой колонне в скважину и установленные выше пакера, привод насосов, причем вход нижнего насоса размещен ниже динамического уровня выделившейся под действием гравитации воды из водонефтяной смеси верхнего пласта, а выход сообщен с подпакерным пространством, при этом вход верхнего насоса размещен выше динамического уровня выделившейся воды, а выход сообщен с лифтовой колонной.

Новым является то, что насосы снабжены приводом, размещенным на поверхности, а между червячными валами установлен редуктор, входной вал которого соединен с низом верхнего червячного вала, а выходной - с верхом нижнего червячного вала насосов, причем корпус редуктора жестко соединен с колонной лифтовых труб, а его передаточное отношение подбирается так, чтобы соотношение производительностей верхнего и нижнего насосов соответствовало соотношению количества поступающих в скважину воды и нефти с условием обеспечения гравитационного разделения водонефтяной смеси верхнего пласта при противоположном вращении червячных валов.

На чертеже изображена схема насосной установки в продольном разрезе.

Скважинная насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт содержит пакер 1, установленный между верхними 2 и нижним 3 пластами, верхний 4 и нижний 5 винтовые насосы, спущенные на лифтовой колонне 6 в скважину 7 и установленные выше пакера 1, привод насосов (не показан), размещенный на поверхности (на устье скважины 7). Вход 8 нижнего насоса 5 размещен ниже динамического уровня 9 выделившейся под действием гравитации воды из водонефтяной смеси верхнего пласта 2, а выход 10 сообщен с подпакерным пространством 11. При этом вход 12 верхнего насоса 4 размещен выше динамического уровня 9 выделившейся воды, а выход 13 сообщен с лифтовой колонной 6 для подъема обводненной нефти на поверхность скважины 7. Корпусы верхнего 4 и нижнего 5 насосов жестко соединены участком лифтовой колонны 6'. Между верхним 14 и нижним 15 червячными валами установлен редуктор 16, входной вал 17 которого соединен с низом верхнего червячного вала 14, а выходной 18 - с верхом нижнего червячного вала 15 соответствующих насосов 4 и 5. Корпус 19 редуктора 16 жестко соединен с колонной лифтовых труб 6'. Передаточное отношение редуктора 16 подбирается так, чтобы соотношение производительностей верхнего 4 и нижнего 5 насосов соответствовало соотношению количества поступающих в скважину воды и нефти с условием обеспечения гравитационного разделения водонефтяной смеси верхнего пласта 2 при противоположном вращении червячных валов 14 и 15. Привод (не показан) насосов 4 и 5 расположен на поверхности и соединен с верхним червячным валом 14 колонной штанг 20.

Установка работает следующим образом.

Предварительно изучают продуктивность и обводненность верхнего пласта 2, из чего определяют необходимое время для гравитационного разделения водонефтяной смеси, поступающей в скважину 7 из верхнего 2 пласта. Исходя из этих данных определяют суммарную производительность насосов 4 и 5 и их соотношение производительностей, а также минимальное расстояние между входами 8 и 12 соответствующих насосов 4 и 5 с учетом промежуточного слоя (не показан), образующегося на границе «нефть-вода» 9 (динамический уровень воды) при разделении водонефтяной смеси. Подбирают насосы 4 и 5 и настраивают передаточное отношение редуктора 16 подбором шестерен (не показаны) так, чтобы соотношение производительностей верхнего 4 и нижнего 5 насосов соответствовало соотношению количества поступающих в скважину воды и нефти с условием обеспечения гравитационного разделения водонефтяной смеси верхнего пласта 2. При этом редуктор 16 обеспечивает противоположное вращение червячных валов 14 и 15.

Затем в скважину спускают и устанавливают между пластами 2 и 3 пакер 1, собирают скважинную установку согласно необходимым требованиям, определенным в результате изучения верхнего пласта 2. Необходимое расстояние между входами 8 и 12 насосов 4 и 5 устанавливают путем подбора длины входного 17 и выходного 18 валов редуктора 16 и за счет подбора длины участка лифтовой колонны 6' с закрепленным в нем корпусом 19 редуктора 16.

Далее установку на лифтовых трубах 6, присоединенных к верхнему насосу 4 и сообщенных с его выходом 13, спускают в скважину 7, предварительно оснастив нижний насос 5 хвостовиком 21, сообщающим с подпакерным пространством 11, после герметичного взаимодействия с пакером 1, выход 10 нижнего насоса 5.

После установки привод при помощи колонны штанг 20 соединяют с червячным валом 14 верхнего насоса 4, соединенного через входной вал 16, редуктор и выходной вал 17 с червячным валом 15 нижнего насоса 5. При помощи привода и редуктора 16 начинают вращать червячные валы 14 и 15 в противоположные стороны. Так как насосы 4 и 5 выполнены разнонаправленными, то верхний насос 4 через свой вход 12, расположенный выше динамического уровня воды 9, качает по лифтовым трубам 6 нефть на поверхность, а нижний насос 5 через свой вход 8, расположенный ниже динамического уровня воды 9, качает воду через хвостовик 21 и подпакерное пространство 11 в нижний пласт 3.

Расположение на поверхности скважины 7 привода позволяет проводить за ним постоянный контроль и, в случае необходимости, ремонт, затрачивая минимальное время и исключая аварийные ситуации.

Наличие редуктора 16 позволяет упростить подбор насосов 4 и 5 с требуемой производительностью и исключить использование более дорого и редко используемого насоса 5 обратной направленности, то есть с закрученным налево червячным валом 15 и корпусом насоса 5.

Предлагаемая скважинная насосная установка является простой и надежной в обслуживании и эффективной в эксплуатации конструкцией за счет расположения привода на поверхности и отсутствия устройств, перекрывающих входы насосов и снижающих их КПД, при этом она позволяет упростить подбор насосов требуемой производительности и исключить использование дефицитных и дорогих насосов с левой винтовой парой.

Скважинная насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт, включающая пакер, установленный между верхними и нижним пластами, верхний и нижний насосы, спущенные на лифтовой колонне в скважину и установленные выше пакера, привод насосов, причем вход нижнего насоса размещен ниже динамического уровня выделившейся под действием гравитации воды из водонефтяной смеси верхнего пласта, а выход сообщен с подпакерным пространством, при этом вход верхнего насоса размещен выше динамического уровня выделившейся воды, а выход сообщен с лифтовой колонной, отличающаяся тем, что насосы снабжены приводом, размещенным на поверхности, а между червячными валами установлен редуктор, входной вал которого соединен с низом верхнего червячного вала, а выходной - с верхом нижнего червячного вала насосов, причем корпус редуктора жестко соединен с колонной лифтовых труб, а его передаточное отношение подобрано так, чтобы соотношение производительностей верхнего и нижнего насосов соответствовало соотношению количества поступающих в скважину воды и нефти с условием обеспечения гравитационного разделения водонефтяной смеси верхнего пласта при противоположном вращении червячных валов.

www.findpatent.ru

Устройство для раздельной добычи нефти и воды

Устройство предназначено для использования в области нефтедобычи для раздельной добычи нефти и воды без подъема пластовой воды на поверхность. Устройство содержит неподвижный цилиндр с приемами для нефти и воды, подвижный плунжер, включающий всасывающий и нагнетательный клапаны и два поршня. Поршни соединены патрубком с окнами для приема нефти. Цилиндр выполнен ступенчатым. Верхняя ступень цилиндра по диаметру больше, чем нижняя. Каждая из них гидравлически связана с затрубным пространством скважины. В нижней ступени цилиндра дополнительно установлен свободный поршень. Устройство позволит повысить эффективность в нефтедобыче, сократить потери легких углеводородов, а также снизить энергетические и капитальные затраты в процессе разработки нефтяной залежи. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений, а также в системе промыслового сбора добываемой продукции, что позволит повысить эффективность в нефтедобыче и сократить потери легких углеводородов.

Известна конструкция глубинного штангового насоса для раздельной добычи нефти и воды из добывающих скважин (SU 1323743 А2, 1985).

Недостатком данной конструкции является узкая область применения из-за ее малой производительности. Наиболее близким техническим решением к заявленному является скважинный плунжерный насос с раздельными приемами для нефти и воды (RU 2184270 C1, 2001).

Основным недостатком данной конструкции является то, что подъем нефти и воды на поверхность осуществляется по одному лифту, т.е. ограничена возможность по производительности, особенно при откачке высоковязкой нефти. При этом определенное количество энергии и материальных затрат расходуется на деэмульсацию обводненной нефти и утилизацию пластовой воды.

Задача изобретения - создание устройства для раздельной добычи нефти и воды без подъема пластовой воды на поверхность, что позволит снизить потери легких углеводородов, а также энергетические и материальные затраты на обезвоживание нефти и утилизацию пластовой воды,

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для раздельной добычи нефти и воды, содержащем неподвижный цилиндр с приемами для нефти и воды, подвижный плунжер, включающий всасывающий и нагнетательный клапаны и два поршня, соединенные между собой патрубком с окнами для приема нефти, цилиндр насоса выполнен ступенчатым, верхняя ступень цилиндра по диаметру больше, чем нижняя, и каждая из них гидравлически связана с затрубным пространством скважины, причем в нижней ступени цилиндра дополнительно установлен свободный поршень.

Кроме того, устройство снабжено дополнительной камерой с всасывающим и нагнетательным клапанами и герметизирующим элементом, обеспечивающей гидравлическую связь нижней ступени цилиндра с полостью двухрядного лифта.

На фиг.1 представлена схема устройства для раздельной добычи нефти и воды, на фиг.2 приводится схема устройства в момент цикла всасывания нефти, на фиг.3 приводится схема устройства, когда колонна штанг движется вниз и всасывающий клапан для нефти перекрыт, т.е. отсутствует гидравлическая связь цилиндра с полостью скважины, на фиг.4 изображено устройство, когда оба поршня движутся вниз.

Установка содержит ступенчатый цилиндр с верхней 1 и нижней 2 ступенями и с отверстиями 3 и 4 для приема нефти, дифференциальный плунжер 5, включающий поршень 6 верхней ступени цилиндра и патрубок 7, верхний поршень 8 нижней ступени цилиндра; нижний поршень 9 нижней ступени цилиндра; соединительный патрубок 10 с окнами для приема нефти, всасывающий клапан 11 для нефти, нагнетательный клапан 12 для нефти, свободный поршень 13, дополнительную камеру 14 с всасывающим 15 и нагнетательным 16 клапанами и герметизирующим элементом 17, подъемный лифт 18 для нефти; лифт низкого давления 19 для подачи воды в цилиндр, устройство для приема воды 20, лифт высокого давления 21 для закачки воды в продуктивный пласт, пакер 22, колонну штанг 23.

Устройство работает следующим образом.

Дифференциальным плунжер 5 находится в крайнем нижнем положении, клапаны 11, 12, 15, 16 закрыты. Свободный поршень 13 - в крайнем нижнем положении в цилиндре 2. Дополнительная камера 14 заполнена пластовой водой, и давление в ней максимальное и равно давлению на выходе нагнетательного клапана 16. При перемещении штанг 23 с дифференциальным плунжером 5 вверх давление в цилиндре 2 и в полости дополнительной камеры 14 начнет падать, и в момент, когда давление снизится до давления на входе клапана 15, всасывающий клапан откроется, и пластовая вода из лифта низкого давления 19 начнет поступать первоначально в полость дополнительной камеры 14, а затем в цилиндр 2. Процесс цикла всасывания пластовой воды в цилиндр 2 продолжается до тех пор, пока нижний торец поршня 8 не достигнет положения, приведенного на фиг.2.

На фиг.2 приводится схема устройства в момент цикла всасывания нефти, т.е. поршень 8 движется вверх и располагается выше радиальных отверстий 4. Нижняя ступень цилиндра гидравлически связана с полостью затрубного пространства скважины. Поскольку затрубное пространство скважины - это канал для подъема нефти от пласта до места спуска устройства в скважине, давление в месте радиальных отверстий 4 всегда выше, чем на входе всасывающего клапана для воды 15, но при поступлении нефти в цилиндр 2 давление в нем возрастет на определенную величину. Эта величина зависит как от плотности нефти и воды, так и от величины расстояния пласт - место установки устройства в скважине. Таким образом, при поступлении нефти в полость цилиндра 2 клапан 15 закроется, а свободный поршень 13 расположится на линии раздела нефть - вода в нижнем цилиндре. Цикл всасывания нефти будет продолжаться до тех пор, пока поршень 9 не займет крайнее верхнее положение.

На фиг.3 приводится схема устройства, когда колонна штанг 23 движется вниз и всасывающий клапан для нефти перекрыт, т.е. отсутствует гидравлическая связь цилиндра 2 с полостью скважины. Нефтяная камера в цилиндре 2 уменьшается в объеме, в ней растет давление, и когда величины давлений в цилиндре и на выходе клапана 12 сравняются, откроется нагнетательный клапан, и нефть из цилиндра начнет перетекать в полость лифтовых труб 18. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока поршень 9 не достигнет линии раздела нефти и воды, где располагается свободный поршень 13. На фиг.4 изображено устройство, когда поршень 9 движется вниз совместно с поршнем 13. Камера, заполненная водой, уменьшается в объеме, в ней растет давление, и когда давление достигнет величины на входе клапана 16, клапан откроется, и вода начнет поступать в пласт. Процесс нагнетания воды в пласт обеспечивается гидравлической силой, действующей сверху вниз на поршень 9 и обусловленной конструкцией данного устройства, и будет продолжаться до тех пор, пока поршень 9 не достигнет нижнего положения.

При ходе штанг вверх цикл работы устройства повторится.

1. Устройство для раздельной добычи нефти и воды, содержащее неподвижный цилиндр с приемами для нефти и воды, подвижный плунжер, включающий всасывающий и нагнетательный клапаны и два поршня, соединенные между собой патрубком с окнами для приема нефти, отличающееся тем, что цилиндр выполнен ступенчатым, верхняя ступень цилиндра по диаметру больше нижней и каждая из них гидравлически связана с затрубным пространством скважины, причем в нижней ступени цилиндра дополнительно установлен свободный поршень.

2. Устройство для раздельной добычи нефти и воды по п.1, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительной камерой с всасывающим и нагнетательным клапанами и герметизирующим элементом, обеспечивающей гидравлическую связь нижней ступени цилиндра с полостью двухрядного лифта.

www.findpatent.ru

установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки воды в пласт - патент РФ 2492320

Предлагаемое изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для одновременно раздельной добычи нефти и закачки воды в обводненных скважинах. Установка включает центробежный насос с погружным электродвигателем, дополнительную нижнюю секцию насоса с приводом от погружного двигателя, гидрозащиты двигателя, пакер, патрубок. Пакер разобщает продуктивный и водопоглощающий пласты. Патрубок сообщает нижнюю секцию насоса с подпакерным пространством и имеет на нижнем конце плунжер. Плунжер герметично входит в цилиндр, установленный в пакере. Прием дополнительной секции насоса, расположенной в его верхней части, сообщен плоской трубой со скважинным пространством ниже продуктивного пласта. Лопатки рабочих колес нижней секции насоса выполнены для противоположного направления вращения. Рабочие колеса размещены на валу нижней секции насоса в перевернутом положении. В случае расположения водного пропластка продуктивного пласта над нефтяным в нижней части патрубка установлена глухая перегородка. Выше перегородки выполнено отверстие для поступления воды из скважины в патрубок. Ниже перегородки выполнено отверстие для поступления воды в подпакерное пространство из верхней части дополнительной секции насоса через плоскую трубу. В приемной части дополнительной секции насоса установлен центробежный сепаратор для отделения нефти и вывода ее через боковое отверстие в корпусе насоса в скважину. 4 ил., 1 табл.

Рисунки к патенту РФ 2492320

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для одновременно раздельной добычи нефти и закачки воды в обводненных скважинах, оборудованных установками электроцентробежных насосов.

Известно, что для добычи нефти из обводненного пласта и закачки отделившейся в стволе скважины попутно-добываемой воды в нижележащий поглощающий горизонт применяются установки винтовых /1/ и штанговых /2/ насосов. Установки представляют собой сдвоенные насосы, верхние из которых откачивают нефть с небольшим количеством воды на поверхность, а нижние откачивают расслоившуюся в стволе скважины воду в подпакерную зону и далее в поглощающий пласт через патрубок, проходящий через пакер. Приемные отверстия в насосных установках для нефти расположены выше приемных отверстий для воды. Для устранения нагрузок на пакер, приводящих к его разгерметизации в период эксплуатации, а также защиты корпусов насосов от осевых нагрузок при посадке пакера известно применение скользящего разъема в верхней части патрубка, проходящего через пакер /3/.

Устройства обладают недостатком, который заключается в том, что для обеспечения раздельного отбора нефти и воды насос спускают непосредственно в зону продуктивного пласта, т.к. расстояние между приемными отверстиями нефти и воды в насосе небольшие. Спуск насосов в зону продуктивного пласта осуществляется с целью обеспечения движения водной фазы вниз после выхода продукции в ствол скважины, а нефтяной вверх. Небольшие расстояния между приемными отверстиями не позволяют обеспечить достаточно полное разделение фаз.

Другой причиной, приводящей к ухудшению расслоения нефти и воды в скважине может явиться неблагоприятное расположение водных и нефтяных пропластков в разрезе продуктивного горизонта, а именно верхнее расположение водного и нижнее расположение нефтяного пропластков. В продуктивной зоне скважины возникает противоток жидкостей, при котором возможен унос части воды восходящим потоком нефти или унос части нефти нисходящим потоком воды. Попадание некоторого количества нефти в водоносный горизонт является недопустимым.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство для одновременно раздельной добычи нефти и закачки отделившейся воды в скважинах, оборудованных установками электроцентробежных насосов /4/. Оно включает расположенную на одном валу с основным насосом дополнительную нижнюю секцию насоса, в которую поступает пластовая вода через радиальные каналы в корпусе. Далее эта вода нагнетается рабочими ступенями нижней секции в подпакерную зону скважины из выкида последней ступени через концентрическую полость, образованную внутренним и внешним корпусами, наклонные радиальные каналы и патрубок, проходящий через пакер.

Устройство также обладает недостатком, заключающимся в близком расположении приемных отверстий для воды и нефти в насосе. Для того чтобы прием для воды располагался ниже продуктивного пласта, электроцентробежный насос необходимо спускать ниже продуктивного пласта, что практически осуществить сложно, а в ряде случаев, невозможно.

Целью предлагаемого изобретения является предупреждение попадания нефтяной фазы в закачиваемую в нижележащий водопоглощающий пласт воду.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем центробежный насос с погружным электродвигателем, дополнительную нижнюю секцию насоса с приводом от погружного двигателя, гидрозащиты двигателя, пакер, разобщающий продуктивный и водопоглощающий пласты, патрубок, сообщающий нижнюю секцию насоса с подпакерным пространством и имеющий на нижнем конце плунжер, герметично входящий в цилиндр, установленный в пакере, прием дополнительной секции насоса, расположенной в его верхней части, сообщен плоской трубой со скважинным пространством ниже продуктивного пласта, а лопатки рабочих колес нижней секции насоса выполнены для противоположного направления вращения, причем рабочие колеса размещены на валу нижней секции насоса в перевернутом положении, а в случае расположения водного пропластка продуктивного пласта над нефтяным, в нижней части патрубка установлена глухая перегородка, выше которой выполнено отверстие для поступления воды из скважины в патрубок, а ниже выполнено отверстие для поступления воды в подпакерное пространство из верхней части дополнительной секции насоса через плоскую трубу, причем в приемной части дополнительной секции насоса установлен центробежный сепаратор для отделения нефти и вывода ее через боковое отверстие в корпусе насоса в скважину.

На фиг.1-4 показаны схемы предлагаемого устройства. На фиг.1 и 3 показано устройство, используемое при при полном разделении нефти и воды в скважинном пространстве. На фиг.2 и 4 показано устройство, используемое при неполном разделении фаз.

В скважину 1 на колонне насосно-компрессорных труб 2 спущена установка, состоящая из основного электроцентробежного насоса 3, приемного модуля 4, гидрозащит 5 и 6, погружного электродвигателя 7, дополнительной секции 8, насоса на валу 9 которого расположены перевернутые рабочие колеса 10 с лопатками противоположного направления вращения. Верхняя часть дополнительной секции сообщена с плоской трубой 11 открытый нижний конец которой расположен ниже продуктивного пласта 12. Нижняя часть дополнительной секции насоса соединена с патрубком 13, имеющим на нижнем конце проходной плунжер 14, герметично входящий в цилиндр 15, проходящий через пакер 16. Пакер 16 расположен над водопоглощающим пластом 17.

При неполном расслоении нефти и воды в скважине (фиг.2 и 4) патрубок 13 имеет в нижней части глухую перегородку с отверстиями по обе стороны 19 и 20 соответственно для поступления воды из скважины в патрубок 13 и нагнетания воды в подпакерное пространство. Рабочие колеса 21 выполнены одинакового исполнения с рабочими колесами основного насоса 3. На приеме дополнительной секции насоса 8 установлен центробежный сепаратор 22 с выходным отверстием для нефтяной фазы.

Работа установки состоит в следующем.

В скважину 1 спускают пакер 16 с расположенным в нем цилиндром 15. Далее в скважину спускают установку электроцентробежного насоса вместе с патрубком 13, который войдя в цилиндр 15 своим проходным плунжером 14 разобщает надпакерное пространство скважины от подпакерного. Такая операция позволяет снимать осевые нагрузки с корпуса установки при посадке пакера, а так же вибрационные нагрузки на пакер от работающей установки. После запуска установки в работу обводненная продукция пласта 12, поступая в скважину расслаивается на нефть и воду в силу разности их плотностей. Водная фаза в силу большей плотности занимает нижнюю часть забойного участка ствола скважины, а нефтяная фаза, выходя из пласта распадается на капли и всплывает вверх к приемному модулю 4, поступает в основной насос вместе с небольшим количеством воды и откачивается на поверхность.

Основной объем воды, выходя из пласта движется вниз и поступает в открытый прием плоской трубы 11. Далее водная фаза через трубу 11 поступает в верхнюю часть дополнительной секции 8 насоса и рабочими ступенями 10 откачивается через патрубок 13 вниз в подпакерное пространство и далее в пласт 17. Выполнение лопаток рабочих колес 10 с обратным направлением по отношению к рабочим колесам основного насоса 3 позволяет им развивать напор при одном и том же направлении вращения вала 9 и дополнительной секции. Для предупреждения попадания жидкости в погружной электродвигатель с обоих его сторон установлены гидрозащиты 5 и 6.

Во избежание попадания нефти к открытому приему плоской трубы 11 и далее в пласт 17 производительность дополнительной секции 8 насоса должна быть меньше количества поступающей в скважину воды. В таком случае в приемный модуль 4 будет вместе с нефтью поступать небольшое количество остаточного объема воды и уровень раздела «нефть-вода » установится непосредственно у приемного модуля 4.

Расположение приемов установки для нефти и воды на значительном расстоянии друг от друга и по обе стороны продуктивного пласта позволяет достигать расслоение пластовых жидкостей и их раздельный отбор.

Полное разделение нефти и воды будет происходить при верхнем расположении нефтяного пропластка в продуктивном пласте 12. В тех случаях, когда нефтяной пропласток в продуктивном пласте располагается ниже водного в интервале перфорации пласта 12 будет иметь место встречное движение нефти и воды. При высоких скоростях движения фаз может произойти унос нефтяной фазы водной или водной фазы нефтяной. Произойдет так называемое «захлебывание» потока дрейфа при встречном движении фаз. В таблице приведены предельные значения дебитов нефти и воды в интервале перфорации, при которых может произойти «захлебывание» потоков, полученные для ряда нефтяных месторождений Урало-Поволжья.

Qн, м3/сут 29,819,613,2 7,595,26 1,850
Qв, м3/сут0 14,828,334,3 52,171,0 108,0

Таблица показывает, что в столбе неподвижной нефти предельный дебит движущейся вниз воды составляет 108 м3/сут. И, напротив, предельное значение дебита всплывающей нефти в неподвижном столбе воды составляет 29,8 м3/сут. В таблице также приведены промежуточные значения предельных дебитов движущихся навстречу нефти и воды.

В условиях нарушения процесса расслоения нефти и воды в скважине водный поток, движущийся вниз, может уносить с собой некоторую часть нефтяной фазы, которая попадает в водоносный пласт 17. В этих случаях применяется схема, показанная на фиг.2 и 4. Движущаяся вниз водная фаза с небольшим количеством нефти поступает в приемное отверстие 19 и по патрубку 13 входит на прием дополнительной секции 8. Пройдя через центробежный сепаратор 22 и освобожденная от нефти вода рабочими колесами 21 будет нагнетаться в плоскую трубу 11 и через отверстие 20 попадать в подпакерное пространство. Нефтяная фаза, отделившаяся в сепараторе 22 через отверстие 23 будет выводиться в ствол скважины. В данном случае направление лопаток рабочих колес 21 и расположение колес на 9 аналогичны колесам основного насоса 3.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого устройства является надежность утилизации основного объема попутно-добываемой воды в скважине за счет предупреждения попадания нефтяной фазы в эту воду.

Литература

1. Патент РФ № 2284410, E21B, 43/40. Скважинная насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт / Фассахов Р.Х., Бадретдинов А.Н., Валеев A.M. Заявл. 31.05.2004. Опубл. 27.09.2006. БИ № 27.

2. Патент РФ № 106677 на полезную модель. Штанговая насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт / Валеев М.Д., Лищук А.Н., Гиматдинов А.А. и др. Заявл. 05.04.2010. Опубл. 20.07.2011. БИ № 20.

3. Патент РФ № 74163 на полезную модель. Скважинная насосная установка для одновременно - раздельной добычи нефти / Валеев A.M., Пальчиков А.Л., Павлов Е.Г. и др. Заявл. 06.12.2007. Опубл. 20.06.2008. БИ № 17.

4. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2010113180/03 (018521) «Установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки попутной воды в пласт», от 01.08.2011. Заявл. 05.04.2010/ Валеев М.Д., Газаров А.Г., Бадретдинов A.M., Масенкин В.А.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки воды в пласт, включающая центробежный насос с погружным электродвигателем, дополнительную нижнюю секцию насоса с приводом от погружного двигателя, гидрозащиты двигателя, пакер, разобщающий продуктивный и водопоглощающий пласты, патрубок, сообщающий нижнюю секцию насоса с подпакерным пространством и имеющий на нижнем конце плунжер, герметично входящий в цилиндр, установленный в пакере, отличающаяся тем, что, с целью предупреждения попадания нефтяной фазы в закачиваемую в нижележащий водопоглощающий пласт воду, прием дополнительной секции насоса, расположенной в его верхней части, сообщен плоской трубой со скважинным пространством ниже продуктивного пласта, а лопатки рабочих колес нижней секции насоса выполнены для противоположного направления вращения, причем рабочие колеса размещены на валу нижней секции насоса в перевернутом положении, а в случае расположения водного пропластка продуктивного пласта над нефтяным в нижней части патрубка установлена глухая перегородка, выше которой выполнено отверстие для поступления воды из скважины в патрубок, а ниже выполнено отверстие для поступления воды в подпакерное пространство из верхней части дополнительной секции насоса через плоскую трубу, причем в приемной части дополнительной секции насоса установлен центробежный сепаратор для отделения нефти и вывода ее через боковое отверстие в корпусе насоса в скважину.

www.freepatent.ru