Установка для закачки жидкости из верхнего водоносного пласта скважины в нижний нефтеносный пласт

Изобретение относится к технике и технологии циклической закачки жидкости из водоносного пласта в нефтеносный пласт при его заводнении.

Известен способ закачки воды в нефтяной пласт (авторское свидетельство SU №283120, Е21В 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, не более +25°С. Увеличение температуры воды до 35-40°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, что способствует возникновению в капиллярных отверстиях и щелях пласта слоя облитерации, постоянно снижающей приемистость скважины, порой до полного прекращения поглощения жидкости.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является установка для закачки жидкости в пласт (авторское свидетельство №729336, Е21В 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 нагнетательного и всасывающего клапанов, установленных в составе колонны труб, верхнего и нижнего датчиков уровня, емкости, станции 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 верхнего водоносного пласта скважины в нижний нефтеносный пласт, содержащей колонну труб с пакером, установленным между водоносным и нефтеносным пластами, насос.

Новым является то, что колонна труб выше верхнего водоносного пласта снабжена самоуплотняющимся пакером, не пропускающим жидкость сверху вниз, а между пакерами - внутренней герметичной перегородкой, при этом насос выполнен плунжерным, установленным в колонну труб выше перегородки, причем пространство колонны труб между насосом и перегородкой сообщено с водоносным пластом, а заколонное пространство колонны труб выше самоуплотняющегося пакера - с нефтеносным пластом и с пространством колонны труб выше насоса, при этом пакер выполнен в виде эластичной манжеты, поджимаемой снизу перфорированным хвостовиком при его опоре на забой, который снаружи телескопически надет на низ колонны труб с возможностью ограниченного перемещения вверх, причем заколонное пространство колонны труб выше самоуплотняющегося пакера, а также колонна труб с насосными штангами плунжерного насоса имеют возможность герметизации на устье скважины.

На чертеже схематично изображена установка для закачки жидкости из верхнего водоносного пласта скважины в нижний нефтеносный пласт.

Установка для закачки жидкости из верхнего водоносного пласта 1 скважины 2 в нижний нефтеносный пласт 3 содержит колонну труб 4 с пакером 5, установленным между водоносным 1 и нефтеносным 3 пластами. Колонна труб 4 выше верхнего водоносного пласта 1 снабжена самоуплотняющимся пакером 6, не пропускающим жидкость (пластовую воду) сверху вниз, а между пакером 5 и самоуплотняющимся пакером 6 - внутренней герметичной перегородкой 7, выше которой в составе колонне труб 4 установлен плунжерный насос 8, состоящий из поршня 9 со сквозными продольными каналами 10 и клапана 11, при этом поршень 9 жестко соединен с колонной насосных штанг 12.

Пространство 13 колонны труб 4 между плунжерным насосом 8 и перегородкой 7 сообщено с водоносным пластом 1 посредством радиальных отверстий 14, выполненных в корпусе самоуплотняющегося пакера 6 и колонне труб 4, а пространство 15 колонны труб 4 выше плунжерного насоса 8 сообщено с заколонным пространством 1 6 колонны труб 4 выше самоуплотняющегося пакера 6 посредством сквозных отверстий 17, выполненных в колонне труб 4 выше плунжерного насоса 8. Заколонное пространство 16 колонны труб 4 выше самоуплотняющегося пакера 6 сообщено с нефтеносным пластом 3 посредством кольцевого канала 18, выполненного между колонной труб 4 и самоуплотняющимся пакером 6, а также радиального отверстия 19, выполненного в колонне труб 4 ниже перегородки 7, пространства 20 колонны труб 4 ниже перегородки 7 и сквозных отверстий 21, выполненных в перфорированном хвостовике 21. Пакер 5 выполнен в виде эластичной манжеты 23, поджатой снизу перфорированным хвостовиком 22 при его опоре на забой 24 скважины 2. Перфорированный хвостовик 22 снаружи телескопически надет на низ колонны труб 4 с возможностью ограниченного перемещения вверх.

Заколонное пространство 16 колонны труб 4 выше самоуплотняющегося пакера 6, а также колонна труб 4 с насосными штангами 12 плунжерного насоса 8 имеют возможность герметизации на устье (не показано) скважины 2.

Установка работает следующим образом.

Перед запуском установки в работу производят компоновку установки в скважине 2, как показано на чертеже.

Для этого колонну труб 4 с перфорированным хвостовиком 22 на нижнем конце и с внутренней герметичной перегородкой 7, а также с пакером 5 и самоуплотняющимся пакером 6 на наружной поверхности в сборе спускают в скважину 2 до опоры перфорированного хвостовика 22 на забой 24. После этого колонну труб 4 разгружают на перфорированный хвостовик 22, упертый на забой 24 скважины 2, при этом перфорированный хвостовик 22 снаружи, телескопически надетый на низ колонны труб 4, ограничено перемещается вверх и происходит посадка пакера 5. Далее в колонну труб 4 на колонне насосных штанг спускают плунжерный насос и размещают его выше водоносного пласта 1. После чего на устье (не показано) скважины 2 герметизируют пространство между колоннами труб 4 и насосных штанг 12, а также заколонное пространство 16.

С устья скважины посредством колонны насосных штанг 12 приводят в действие поршень 9 плунжерного насоса 8, установленного концентрично внутри колонны труб 4. Поршень 9 совершает относительно колонны труб 4 ограниченное возвратно-поступательное перемещение. В процессе движения поршня 9 вверх происходит всасывание жидкости (пластовой воды) из водоносного пласта 1 через радиальные отверстия 14 в пространство 13 колонны труб 4 между плунжерным насосом 8 и перегородкой 7, при этом клапан 11 плунжерного насоса 8 закрыт. Далее происходит перемещение насосных штанг 12 и жестко соединенного с ним поршня 9 плунжерного насоса 8 вниз, при этом клапан 11 плунжерного насоса 8 открывается и происходит заполнение пространства 15 колонны труб 4 выше поршня 9 через внутреннее пространство последнего и его сквозные продольные каналы 10. В дальнейшем цикл работы установки повторяется.

Таким образом, поршень 9 совершает относительно колонны труб 4 ограниченное возвратно-поступательное перемещение и происходит заполнение жидкостью пространства 15 колонны труб 4 выше поршня 9 до достижения уровнем жидкости сквозных отверстий 17, выполненных в колонне труб 4 выше плунжерного насоса 8, при этом происходит перелив жидкости из пространства 15 колонны труб 4 в заколонное пространство 16 колонны труб 4 выше самоуплотняющейся манжеты 6.

Работа установки продолжается, при этом жидкость, попавшая в заколонное пространство 16 колонны труб 4 через кольцевой канал 18, радиальное отверстие 19 колонны труб 4 и далее по пространству 20 колонны труб 4 ниже перегородки 7 через сквозные отверстия 21 перфорированного хвостовика 22, попадает в межколонное пространство 25, по мере заполнения которого жидкость закачивается в нефтеносный пласт 3 (в зависимости от давления, при котором принимает нефтеносный пласт 3).

Предлагаемая установка для закачки жидкости из верхнего водоносного пласта скважины в нижний нефтеносный пласт имеет простую конструкцию, кроме того, насос глубинного исполнения устанавливается непосредственно в интервале водоносного и нефтеносного пластов 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.

Установка для закачки жидкости из верхнего водоносного пласта скважины в нижний нефтеносный пласт, содержащая колонну труб с пакером, установленным между водоносным и нефтеносным пластами, насос, отличающаяся тем, что колонна труб выше верхнего водоносного пласта снабжена самоуплотняющимся пакером, не пропускающим сверху вниз, а между пакерами - внутренней герметичной перегородкой, при этом насос выполнен плунжерным, установленным в колонну труб выше перегородки, причем пространство колонны труб между насосом и перегородкой сообщено с водоносным пластом, а заколонное пространство колонны труб выше самоуплотняющегося пакера - с нефтеносным пластом и с пространством колонны труб выше насоса, при этом пакер выполнен в виде эластичной манжеты, поджимаемой снизу перфорированным хвостовиком при его опоре на забой, который снаружи телескопически надет на низ колонны труб с возможностью ограниченного перемещения вверх, причем заколонное пространство колонны труб выше самоуплотняющегося пакера, а также колонна труб с насосными штангами плунжерного насоса имеют возможность герметизации на устье скважины.