Оборудование для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов через одну скважину
Полезная модель относится к оборудованию для одновременно-раздельной эксплуатации насосом нефтедобывающей скважины многопластового месторождения и направлено на обеспечение контроля за дебитами и обводненностью пластов, разобщенных пакером в стволе скважины. Замер проводится наземной замерной установкой. Скважинное оборудование содержит спущенный в скважину на колонне труб пакер, разобщающий пласты в стволе скважины, и герметично сочлененный с трубным хвостовиком насоса, в который встроен уравновешенный электромагнитный клапан-отсекатель. Уравновешенный клапан-отсекатель по электрическому сигналу с устья перекрывает гидравлический канал к насосу одного из разобщенных пластов. Наземной установкой замеряются дебит и обводненность второго пласта и вычитанием из ранее замеренных значений параметров скважины (двух пластов) определяется дебит и обводненность пласта, гидравлический канал которого перекрыт клапаном-отсекателем.
1 ил.
Известно оборудование одновременно-раздельной эксплуатации насосом двух пластов через одну скважину, разобщенных в стволе скважины пакером, оголовок которого находится ниже расположенного под насосом трубного хвостовика, полость которого герметично соединена с оголовком пакера (В.А.Афанасьев, патент 40647 7 E21B 43/16). В трубный хвостовик встроена система регулирования дебита, например штуцерный блок, обратный клапан. Отсутствует система контроля дебита жидкости и обводненности, разобщенных пакером в скважине пластов. Без этой системы запрещается оборудование применять на нефтепромыслах, т.к. не возможно управлять процессом разработки месторождения.
Согласно [Исхаков И.А., Лаптев В.В. Мониторинг разработки многопластовых объектов в скважинах с УЭЦН // Интервал 
7, 2008, с.14-16] замер дебита жидкости и обводненности по пластам ведется глубинными расходомерами, расположенными на кабель-канате в интервалах перфорации пластов. Информация с забойных приборов передается по кабель-канату на вторичные устьевые приборы.
Недостатком оборудования является низкая точность замера дебита жидкости и обводненности скважинными датчиками пластов и низкая надежность дебитомеров в потоке жидкости с мехпримесями.
На глубине установки дебитомер находится в потоках воды, нефти с растворенным газом и свободного газа. Т.к. скважины эксплуатируются с забойными давлениями ниже давления насыщения, то на глубине установки дебитомера движется до 20-25% свободного газа, а в скважинах газонефтяных месторождений с прорывным газом до 40% газа. Таким образом, скважинный расходомер фиксирует объем проходящей жидкости с растворенным и свободным газом. Объемы растворенного газа и выделившегося из нефти газа в скважине не известны. Следовательно, объемы жидкости, поступаемые из пласта, определяются с высокой погрешностью.
В низкодебитных скважинах (дебит менее 120 м3/сут) ниже приема насоса вследствие относительного движения нефти и воды устанавливается столб воды высокой плотности. Плотность ее не известна (зависит от дебита скважины и физико-химических свойств воды). Т.е. обводненность продукции, поступающей из пласта, влагомером, установленным на глубине пласта, замеряется не верно.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является обеспечение точных замеров дебита и обводненности жидкости, поступающей из каждого разобщенного пакером пластов в насос и далее в нефтепромысловую систему замера продукции скважин.
Поставленная цель достигается тем, что в оборудование одновременно-раздельной эксплуатации насосом двух пластов через одну скважину, разобщенных в стволе скважины пакером, оголовок которого герметично сочленен с трубным хвостовиком, расположенным под насосом, согласно полезной модели в хвостовик встроен клапан-отсекатель, запорный элемент которого, являющийся одновременно якорем его приводного электромагнита, по электрическому сигналу с устья скважины перекрывает гидравлический канал трубного хвостовика, по которому поступает жидкость из одного разобщенного пакером пласта в насос и далее в наземную установку замера дебита скважины.
В клапане-отсекателе запорный элемент с якорем магнита имеют равные площади торцевых поверхностей, на которые действует давление жидкости, поступающей из пласта через клапан-отсекатель в насос.
При замере дебита после перекрытия канала клапаном-отсекателем, например нижнего пласта, насос начинает откачивать жидкость только из верхнего пласта. Значения давлений на приеме насоса и забое открытого верхнего пласта падают. Следовательно, увеличивается депрессия на верхний пласт, и отборы жидкости из него будут становиться выше, чем при штатном режиме.
Требуется с помощью автоматической системы на приеме насоса и забое верхнего пласта восстановить давление, соответствующее штатному режиму. Эти функции выполняет, например, частотная система регулирования режимов работы насоса, которая находится в станции управления насоса. Автоматически системой снижается производительность насоса и на приеме насоса устанавливается давление равное значению при штатном режиме, когда эксплуатировались два пласта. Т.е. восстанавливается депрессия на незакрытый пласт. При установленных давлениях скважина оставляется на 30-60 минутный замер дебита и обводненности незакрытого пласта наземной замерной установкой.
Регулирование потока жидкости открытого канала верхнего пласта при замере можно также осуществлять с помощью дросселей (задвижек) устьевой арматуры.
Для замера давления на приеме насоса в хвостовик встраиваются глубинные манометрические датчики, информация от которых по кабелю поступает на пульт управления.
После проведения замеров в скважине устанавливается штатный режим эксплуатации двух пластов. Клапан открывается (обесточивается), на приеме насоса с помощью частотного регулятора устанавливается величина давления, которая фиксировалась до замера.
Сущность полезной модели заключается в том, что для замера дебита жидкости и обводненности, например верхнего пласта, трубный канал, по которому жидкость поступает из нижнего пласта в насос, перекрывается запорным элементом клапана-отсекателя. В наземную систему замера дебита и обводненности продукции скважины насосным агрегатом подается лишь жидкость верхнего пласта. Дебит нижнего пласта и обводненность определяются вычитанием дебита и обводненности верхнего пласта из предварительно замеренного дебита скважины. Т.е. замер параметров пластов и скважины проводится штатной системой замера параметров скважины, например, наземной замерной установкой типа «Спутник», чем обеспечивается высокая точность их замера.
Для снижения усилия срабатывания клапана-отсекателя при закрытии его канала транспортировки жидкости из нижнего пласта в насос запорный элемент его выполнен «разгруженным». Для реализации данного условия запорный элемент клапана-отсекателя имеет осевой канал, соединяющий вход запорного элемента с верхней площадью якоря соленоида. Это обеспечивает при рабочих режимах оборудования равные усилия от давлений, действующих на торцевые площади запорного элемента и якоря (клапан нормально открытый).
При закрытии клапана-отсекателя усилием электромагнитно-соленоидного привода требуется преодолеть лишь: вес запорного элемента; силу его трения в соленоиде и усилие пружины возврата. При обесточивании соленоида клапана-отсекателя запорный элемент под действием пружины возвращается вниз, легко открывая гидравлический канал пласта с насосом.
Обмотка электромагнита находится в герметичной камере хвостовика.
На чертеже (фиг.1) схематично представлено предлагаемое полезной моделью скважинное оборудование с электромагнитным клапаном-отсекателем, перекрывающим по электрическому сигналу с устья скважины трубный канал подъема жидкости из нижнего пласта в насос.
Скважинное оборудование состоит из колонны труб 1 с пакером 2, разобщающим в стволе скважины пласты 3 и 4. Оголовок 5 колонны труб 1 имеет направляющую воронку для успешного захода в них при монтаже насосного оборудования хвостовика 6. Колонна труб 1 с пакером 2 спускается в скважину на монтажной колонне труб (на рисунке не показана). Колонна труб 1 и монтажная колонна труб соединены разъединителем, например, «левой» резьбой. Хвостовик 6 жестко связан с насосным агрегатом 7 и имеет уплотнительные элементы 8 для герметизации его с колонной труб 1. Перед приемом насоса 7 установлен датчик давления 9, информация с которого по кабелю подается на устьевой вторичный прибор. В хвостовике 6 установлены, при необходимости, штуцер 10 и обратный клапан 11, предупреждающий перелив жидкости из пласта 4 в пласт 3 при остановленном насосе 7.
Электромагнитный клапан-отсекатель состоит из соленоидной катушки 12, герметично упакованной в камере 13, заполненной диэлектрическим маслом, и якоря 14 соленоидной катушки 12. Электрический импульс на соленоидную катушку 12 с устья скважины подается по кабелю 15. Якорь 14, легко перемещающийся в соленоидной катушке 12, имеет продольное сквозное отверстие 16. Один конец якоря 14 выполнен в виде тарельчатого клапана 17, перекрывающего гидравлический канал жидкости (седло 18), поступающей из пласта в насос. На противоположный торец сердечника воздействует пружина возврата 19. Сердечник имеет уплотнительные лабиринтные канавки.
Монтаж скважинного оборудования ведется в следующей последовательности.
На монтажной колонне труб в скважину спускается колонна труб 1 с пакером 2 и оголовком 5. Пакер устанавливается в скважину между пластами 3 и 4. Монтажная колонна труб с помощью, например, разъединителя с «левой» резьбой отсоединяется от оголовка 5 колонны труб 1 и извлекается из скважины. В скважину до герметичного сочленения хвостовика 6 с колонной труб 1 спускается насосный агрегат 7 с клапаном. Герметизация сочленения происходит уплотнительными элементами 8.
После установки устьевой арматуры запускается в эксплуатацию насос 7. Жидкость из верхнего пласта 4 по затрубью скважины поступает в насос 7, а жидкость из нижнего пласта 3 по колонне труб 1 через входной и выходной каналы клапана-отсекателя поступает в затрубное пространство скважины и далее в насос 7. Клапан 17 открывает седло 18 усилием пружины возврата 19.
Регулирование дебита нижнего пласта осуществляется штуцером 10, установленным в хвостовике 6 ниже запорного элемента клапана.
Совместный и раздельный замеры дебитов и обводненности пластов 3 и 4 ведется наземной замерной установкой.
Для замера дебита верхнего пласта манометром 9 фиксируется давление на приеме насоса 7 и с устья скважины подается электрический импульс на соленоид 12. Возникающее в соленоиде 12 магнитное поле затягивает якорь 14 в катушку до упора тарельчатого клапана 17 в седло 18. Прекращается поступление жидкости из пласта 3 в насос. Жидкость поступает в насос 7 только из верхнего пласта 4 и замеряется дебит и обводненность ее в наземной замерной установке.
В процессе замера проводится корректировка давления на приеме насоса. Тиристорным преобразователем частота тока питания двигателя насоса 7, установленного в наземной станции управления, проводится снижение оборотов вала насосной установки и снижение ее производительности до момента, когда на приеме насоса установится давление, значение которого сравняется с величиной давления на приеме насоса, зафиксированного перед началом замера скважины. Таким образом, уравнивается величина рабочей депрессии на верхний пласт до и в процессе замера его режима.
Наличие осевого отверстия 16 в якоре 14 и клапане 17 обеспечивает уравновешивание системы при любых давлениях воздействия на клапан.
По окончанию замера наземной установкой дебита и обводненности пласта 4 соленоидную катушку 12 электромагнита обесточивают. Под действием пружины возврата 19 якорь 14 перемещается вниз, открывая канал клапана-отсекателя. Поступление жидкости из пласта 3 на прием насоса 7 возобновляется. Отбор жидкости ведется из двух пластов в штатном режиме.
Дебит нижнего пласта определяется вычитанием из значения ранее замеренного дебита двух пластов скважины значения замеренного дебита верхнего пласта:
qн=Qскв-qв.
Обводненность нижнего пласта (
н) определяется:
,
где Qскв - замеренный наземной замерной установкой суммарный дебит жидкости двух пластов (скважины);
qв - замеренный наземной замерной установкой дебит верхнего пласта, м3/сут;
qн - дебит нижнего пласта, м3/cyт;
скв, в - соответственно замеренные наземной замерной установкой обводненности скважины (двух пластов) и верхнего пласта, д.ед.
Таким образом, наличие новаций полезной модели позволяет обеспечить основное требование к оборудованию одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов через одну скважину - оперативный, раздельный контроль режимов работы каждого вскрытого скважиной пласта.
Исполнение скважинной компоновки с оставляемым в скважине пакером позволяет при малых трудозатратах проводить спуско-подъемные операции для замены и ремонта насосного агрегата и клапана-отсекателя.
1. Оборудование одновременно-раздельной эксплуатации насосом двух пластов через одну скважину, разобщенных в стволе скважины пакером, оголовок которого герметично сочленен с трубным хвостовиком, расположенным под насосом, отличающееся тем, что в хвостовик встроен клапан-отсекатель, запорный элемент которого, являющийся одновременно якорем его приводного электромагнита, по электрическому сигналу с устья скважины перекрывает гидравлический канал трубного хвостовика насоса, по которому поступает жидкость из одного разобщенного пакером пласта в насос и далее в наземную установку замера дебита жидкости.
2. Оборудование по п.1, отличающееся тем, что в клапане-отсекателе запорный элемент с якорем электромагнита имеют равные площади торцевых поверхностей, на которые действует давление жидкости, поступающей из пласта через клапан-отсекатель в насос.
