Оборудование нагнетательной скважины
Полезная модель относится к нагнетательной скважине системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений. Оборудование содержит перфорированную на продуктивный пласт эксплуатационную колонну и устьевую арматуру, на которой подвешена колонна труб с башмаком, спущенным выше интервала перфорации эксплуатационной колонны. Башмак колонны труб компонуется из труб с боковыми отверстиями, причем суммарная площадь их и внутреннего гидравлического канала больше площади внутреннего сечения эксплуатационной колонны на глубине спуска башмака.
Полезная модель относится к оборудованию нагнетательной скважины системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений.
Известно оборудование нагнетательных скважин, содержащее перфорированную на продуктивный пласт эксплуатационную колонну и устьевую арматуру, на которой подвешена колонна труб с башмаком, спущенным выше интервала перфорации эксплуатационной колонны [В.А.Еронин, А.А.Литвинов и др. Эксплуатация систем заводнения пластов. «Недра»: М., 1967 г. с.219-227, рис.95, 100]. С устья скважин вода подается по колонне труб в пласт. В нагнетательные скважины закачивается подтоварная вода, содержащая до 60 м г/л нефти.
Из-за разности плотностей воды и нефти при движении водонефтяной смеси по трубам вниз возникает относительное движение нефти и воды (относительная скорость до 13-15 см/с). При скорости потока жидкости по эксплуатационной колонне менее указанных величин нефть всплывает в потоке и поступает в затрубное пространство скважины. Таким образом, установка нижнего конца колонны труб (башмака) выше интервала перфорации позволяет закачивать в пласты воду с содержанием нефти меньше, чем подается ее в колонну труб на устье. Периодически накопленная нефть из затрубья откачивается.
Недостатком компоновки оборудования является то, что при истечении жидкости из труб поток ее имеет скорость выше, чем скорость потока жидкости,
движущегося вниз по эксплуатационной колонне (разница в площадях). Частицы жидкости, истекающие из труб, как бы наталкиваются и ударяются о частицы жидкости в эксплуатационной колонне. Происходит завихрение и закручивание струй с возникновением известных в гидравлике [Е.З.Рабинович. Гидравлика. «ГИТТЛ»: М., 1956 г., с.185-188, рис.105] местных гидравлических сопротивлений. Закручиваемые струи жидкости в эксплуатационной колонне образуют на глубине башмака труб специфический гидравлический затвор, который блокирует уход (всплытие) в затрубье скважины нефти, отделившейся от потока подтоварной воды с нефтью в эксплуатационной колонне. Нефть уносится с водой в пласт, ухудшая его коллекторские свойства. Кроме того, при интенсивном перемешивании нефти и воды вращательным вихрем струй потока, исходящего из башмака, образуется устойчивая водонефтяная эмульсия, что также препятствует разделению нефти и воды.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является обеспечение свободной сепарации выделившейся в эксплуатационной колонне из подтоварной воды нефти в затрубное пространство скважины, т.е. исключение условий образования гидравлического затвора на глубине башмака колонны труб, выходящим из них потоком жидкости.
Поставленная цель достигается тем, что башмак колонны труб компонуется из труб с боковыми отверстиями, через которые жидкость поступает в затрубное пространство нагнетательной скважины. На глубине спуска башмака суммарная площадь его внутреннего гидравлического канала и боковых отверстий должна быть больше площади внутреннего сечения эксплуатационной колонны.
Сущность полезной модели заключается в том, что жидкость в эксплуатационную колонну из колонны труб поступает не только через центральный гидравлический канал башмака, но и через боковые перфорационные отверстия в нем. Таким образом, создается скорость истечения жидкости из центрального канала башмака меньше, чем скорость движения жидкости в эксплуатационной колонне. При данном исполнении башмака закручивание потока и образование затвора, препятствующего сепарации нефти в затрубье, не произойдет.
Струи жидкости, истекаемые из боковых перфорационных отверстий и образующие поток жидкости, движущийся вниз по затрубью, не должны препятствовать сепарации нефти в затрубье скважины. Скорость потока жидкости в затрубье должна быть меньше, чем относительная скорость движения нефти в воде (13-15 см/с).
На чертеже схематично представлено оборудование нагнетательной скважины, предлагаемое по полезной модели, которое обеспечивает высокий процент удаления нефти из закачиваемой в пласт подтоварной воды.
Оборудование нагнетательной скважины, содержащие эксплуатационную колонну 1, перфорированную 2 в интервале продуктивного пласта 3, в который ведется закачка воды. На устье скважины для ее герметизации и управления режимами закачки устанавливается арматура 4. На арматуре 4 подвешивается колонна труб 5, по которой подается вода с устья в пласт 3. Башмак 6 колонны труб 5 находится на 8-40 м выше интервала перфорации, что позволяет сепарировать выделившуюся в эксплуатационной колонне из потока подтоварной воды нефть в затрубье (между эксплуатационной колонной
1 и колонной труб 5). Башмак 6 перфорирован. Количество и площадь перфорированных отверстий определяются гидравлическими расчетами. Условие - из проходного сечения башмака обеспечить истечение жидкости со скоростью меньше, чем скорость движения жидкости вниз по эксплуатационной колонне.
Пример. В скважину с внутренним диаметром эксплуатационной колонны 120 мм, спускается колонна труб с внутренним диаметром 60 мм. Закачивается в скважину 80 м3/сут подтоварной воды. Плотность воды 1.0 г/см3, а нефти 0.8 г/см 3, относительная скорость нефти и воды 15.0 см/с. Требуется определить площадь перфорационных отверстий башмака.
1. Скорость движения потока жидкости в эксплуатационной колонне
где Fэ - внутренняя площадь эксплуатационной колонны, м. Скорость движения потока жидкости вниз 8,4 см/с практически в два раза меньше скорости всплытия капелек нефти (13,0-15,0 см/с), что обеспечивает эффективное разделение нефти и воды.
Для обеспечения равенства скорости жидкости в эксплуатационной колонне и на выходе из башмака через него следует вести подачу жидкости с расходом:
q=86400·V э·Fm=86400·0,084·0,0028=20,3 м 3/сут
При общей закачке 80 м3 /сут через боковые отверстия башмака должна истекать жидкость с расходом
q0=80-20,3=59,7 м 3/сут
Скорость движения вниз потока жидкости в затрубном пространстве скважины:
Т.е. обеспечивается всплытие нефти (13,0-15,0 см/с) в затрубье. Площадь отверстий f определяется из известной зависимости истечения жидкости через отверстия:
где 
Р - перепад давления на боковых отверстиях башмака, принимаем 0,1 кг/см2;
- плотность воды, г/см3;
- коэффициент расхода жидкости 0,62-0,8;
f - площадь отверстий, см2.
Расчетное значение f=8,2 см2.
При 4 боковых отверстиях башмака диаметр их будет 1,6 см. Таким образом, жидкость будет изливаться в эксплуатационную колонну через 60 мм центральный канал башмака и четыре боковых отверстия 16 мм. В этом случае нефть за счет относительного движения полностью выделится из потока подтоварной воды в эксплуатационной колонне и беспрепятственно отсепарируется в затрубное пространство скважины.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет улучшить качество закачиваемой воды в нагнетательные скважины, чем обеспечивает их высокую приемистость.
1. Оборудование нагнетательных скважин, содержащее перфорированную на продуктивный пласт эксплуатационную колонну и устьевую арматуру, на которой подвешена колонна труб с башмаком, спущенным на глубину выше интервала перфорации эксплуатационной колонны, отличающаяся тем, что башмак колонны труб компонуется из труб с боковыми отверстиями.
2. Оборудование нагнетательных скважин по п.1, отличающееся тем, что на глубине спуска башмака суммарная площадь его внутреннего гидравлического канала и боковых отверстий больше площади внутреннего сечения эксплуатационной колонны.
