УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ ИЗ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/00 

Прелагаемое изобретение относится к эксплуатации горизонтальных нефтяных скважин, а именно к устройствам для добычи нефти.

Известно устройство для добычи нефти из скважин в виде электрического центробежного погружного насоса [1] Насос спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах под уровень жидкости. Электропитание подается по специальному силовому кабелю. При подключении питания ротор насоса начинает вращаться, всасывая жидкость из скважины и закачивая ее в насосно-компрессорные трубы, по которым она поднимается на поверхность. Электронасос имеет высокую производительность, но требует значительной заглубки под уровень жидкости и в скважинах низкодебитных применения не имеет.

Известно устройство для добычи нефти из скважин в виде штангового глубинного насоса [2] Насос состоит из плунжера с клапаном и гильзы. Плунжер приводится в движение с помощью штанг и станка-качалки. Насос применяется для откачки нефти из низкодебитных скважин, в том числе и из горизонтальных, однако при этом насос может находиться только в вертикальной или незначительно искривленной части скважины, так как при больших (40^o и более) углах искривления происходит быстрый износ штанг, что приводит к их обрыву.

Известно устройство для добычи нефти, представляющее собой гидроприводную насосную установку [3] прототип. Устройство содержит спускаемый в скважину на насосно-компрессорных трубах поршневой насос с двигателем, который приводится в действие давлением столба рабочей жидкости, нагнетаемой в трубы с помощью наземного насоса. Межтрубное пространство между стенкой обсадной колонны и корпусом насоса перекрывают пакером. Под воздействием давления столба рабочей жидкости, нагнетаемой в насосно-компрессорные трубы, поршень двигатель совершает возвратно-поступательные движения, одновременно перемещая поршень насоса. При этом насос всасывает жидкость из нижней части скважины и прокачивает ее по межтрубному пространству на поверхность. Гидропоршневые насосы нашли широкое применение в глубоких и высокодебитных скважинах, т.к. могут развивать достаточно высокое давление при большой скорости перемещения поршня насоса. Однако в горизонтальных скважинах, пробуренных в безнапорных пластах, где нефть притекает к горизонтальному стволу только под действием гравитации, применение гидропоршневых насосов недостаточно эффективно, т. е. требует их периодического отключения для заполнения ствола скважины нефтью. Кроме этого недостатка, поршневой насос требует, как и другие типы насосов, заглубки под уровень жидкости, т.к. снижение уровня ниже приема насоса быстро выводит его из строя.

Техническим результатом изобретения является создание устройства, обеспечивающего добычу нефти из горизонтальных скважин, имеющих низкое пластовое давление и низкий уровень жидкости в скважине.

Необходимый технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство содержит откачивающий агрегат, выполненный с возможностью спуска в горизонтальную часть скважины. Устройство снабжено корпусом из гибкого материала и канатом для спуска корпуса. Корпус выполнен с обратным клапаном, трубой-отстойником и трубой-толкателем. Внутри корпуса помещен откачивающий агрегат. Корпус имеет наружный диаметр близкий диаметру ствола скважины, длину, равную длине горизонтальной части скважины, и выполнен с возможностью всплытия в жидкости, заполняющей горизонтальную часть скважины. Обратный клапан выполнен управляемым и обеспечивает открытие и закрытие входного отверстия корпуса с заданной частотой. В качестве откачивающего агрегата используют насосно-компрессорную трубу, или электрический погружной насос с насосно-компрессорной трубой, или плунжер, спускаемый в корпус на канате.

Сопоставительный анализ существенных признаков предложенного устройства и прототипа показал, что заявленное устройство отличается от известного следующими признаками:
устройство снабжено корпусом из гибкого материала и канатом для спуска корпуса в скважину;
корпус выполнен с обратным клапаном, трубой-отстойником и трубой-толкателем;
откачивающий агрегат помещен внутри корпуса;
корпус имеет наружный диаметр, близкий диаметру ствола скважин, длину, равную длине горизонтальной части скважины;
корпус выполнен с возможностью всплытия в жидкости, заполняющей горизонтальную часть скважины;
клапан выполнен управляемым и обеспечивает открытие и закрытие входного отверстия корпуса с заданной частотой;
в качестве откачивающего агрегата используют насосно-компрессорную трубу, или электрический погружной насос с насосно-компрессорной трубой, или плунжер, спускаемый в корпус на канате.

В связи с тем, что устройство снабжено корпусом из гибкого материала и канатом для спуска в скважину, а корпус выполнен с обратным клапаном, трубой-отстойником и трубой-толкателем, имеет наружный диаметр близкий диаметру ствола скважины, длину, равную длине горизонтальной части скважины и выполнен с возможностью всплытия в жидкости, заполняющей горизонтальную часть скважины, обеспечивается его спуск и перемещение в горизонтальном стволе до забоя скважины. После достижения забоя скважины обеспечивается его заполнение и последующей подъем к устью скважины. При этом выполнение корпуса с возможностью всплытия в жидкости, заполняющей горизонтальную часть скважины, позволяет существенно уменьшить силу трения корпус о стенку скважины, что позволяет исключить непроизводительный спуско-подъем груза, необходимого для проталкивания корпуса к забою скважины. Наличие откачивающего агрегата, помещенного внутри корпуса и выполненного в виде насосно-компрессорной трубы, или электрического погружного насоса, или плунжера, спускаемого и в корпус на канате, позволяет производить откачку нефти из внутренней полости корпуса на поверхность. Наличие трубы-отстойника позволяет накапливать в ней выносимые из скважины твердые примеси с последующим выбросом их в отвал, что способствует очистке фильтра и в конечном счете повышению дебита скважины. Выполнение обратного клапана управляемым и открытие-закрытие с его помощью входного отверстия корпуса с заданной частотой позволяет генерировать гидроимпульсы с заданной частотой, способствующие открытию пор и выносу из пласта засоряющих его механических частиц, что также способствует повышению дебита скважины.

Предлагаемое устройство в его оптимальном варианте, а именно с использованием в качестве откачивающего агрегата электрического погружного насоса, показано на фиг. 1 и 2 соответственно при подъеме на устье и при спуске на забой горизонтальной скважины.

Устройство содержит корпус 1, выполненный в виде трубы диаметра, близкого диаметру ствола скважины. В нижней части корпуса 1 имеется обратный клапан 2, обеспечивающий заполнение нефтью внутренней полости корпуса 1 при спуске его в горизонтальный ствол и удержание нефти в корпусе при подъеме, на устье скважины. На нижней части корпуса 1 закреплена труба-отстойник 3, предназначенная для накопления механических взвесей, осаждающихся из нефти, заполняющей корпус 1, и исключения возможности засорения приема насоса осадком. Верхняя часть корпуса 1 соединена с трубой-толкателем 4, обеспечивающим проталкивание корпуса 1 в горизонтальный ствол скважины. Внутри корпуса 1, в его нижней части размещен электрический погружной насос 5, соединенный с насосно-компрессорной трубой 6, которая проходит внутри корпуса 1 и трубы толкателя 4 и оканчивается в верхней части отверстием 7, к которому на устье скважины подсоединяется нефтяная линия. Электрическое питание к насосу 5 подается по проводу 8, оканчивающемуся в верхней части штепсельным разъемом 9, предназначенным для подсоединения к электросети на устье скважины. В скважину устройство спускают на каротажном кабеле 10. Корпус 1 выполнен из легких, гибких труб, например, из пластмассовых труб, которые беспрепятственно проходят через искривленную часть скважины и всплывают в жидкости в горизонтальном стволе, снижая силу трения о стенку скважины. Труба-толкатель 4 и насосно-компрессорная труба 6 выполнены из металла, первая более толстостенная (для обеспечения необходимой массы и соответственно усилия проталкивания корпуса 1 в горизонтальный ствол), а вторая тонкостенная (для обеспечения эффективной откачки нефти из корпуса 1).

Работает устройство следующим образом.

В скважину последовательно спускают, соединяя между собой, трубу-отстойник 3, корпус 1 и трубу-толкатель 4. Внутрь трубы-толкателя 4 и корпуса 1 спускают на насосно-компрессорной трубе 6 насос 5 с проводом электропитания 8. Подвешивают всю сборку на канате 10 и спускают в скважину. При достижении искривленной части скважины труба-отстойник упирается в нижнюю стенку скважины и под действием усилия, развиваемого весом трубы-толкателя, соскальзывает как по наклонной плоскости, переходя из искривленного ствола в горизонтальный ствол скважины. Далее за трубой-отстойником 3 соскальзывает также корпус 1, и устройство достигает забоя скважины (фиг.2). При этом передвижение корпуса 1 с трубой-отстойником 3 в горизонтальном стволе облегчается за счет того, что они всплывают в жидкости в связи с тем, что внутренняя полость их не успевает заполниться нефтью при достижении забоя скважины. Под давлением жидкости в скважине обратный клапан 2 открывается и нефть заполняет внутреннюю полость корпуса 1. После заполнения корпуса 1 начинают подъем устройства. При этом по мере перехода корпуса 1 в вертикальный ствол скважины высота уровня жидкости 11 над клапаном 2 увеличивается, и под ее давлением клапан 2 закрывается. Устройство поднимают до устья скважины. Подсоединяют к отверстию 7 нефтяную линию и подключают к электросети штепсельный разъем 9. Насос всасывает нефть из корпуса 1 и по насосно-компрессорной трубе 6 подает в нефтяную линию. После полной откачки нефти из корпуса 1 отсоединяют штепсельный разъем 9 от электросети, отсоединяют нефтяную линию от отверстия 7, устройство вновь спускают в горизонтальный ствол до забоя скважины и повторяют все перечисленные операции. Выпадающие в осадок из нефти механические примеси 12 при подъеме устройства на устье скважины скапливаются в отстойнике 3 и могут быть удалены при необходимости после заполнения всей емкости отстойника.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков заявляемого технического решения необходима и достаточна для получения нового качества, а именно: добычи нефти из горизонтальных скважин и безнапорных пластов.

Обратный клапан 2 может быть выполнен управляемым. При этом в момент погружения под уровень жидкости он периодически с заданной частотой перекрывает доступ жидкости внутрь корпуса 1. В результате вырабатываются гидроимпульсы с заданной частотой, которые открывают поры пласта и способствуют их очистке от закупоривающих механических частиц, попавших в пласт при бурении или сформировавшихся в пласте, что улучшает проницаемость пласта и в конечном счете увеличивает дебит скважины.

Преимущество предложенного устройства по сравнению с известными заключается в том, что оно позволяет добывать нефть из горизонтальных скважин и безнапорных пластов, где нефть притекает к стволу скважины только под действием гравитации.

Устройство промышленно применимо, так как просто в изготовлении и может быть реализовано практически в условиях любого нефтепромысла.

Использование: в эксплуатации горизонтальных нефтяных скважин, а именно в устройствах для добычи нефти. Обеспечивает создание устройства, обеспечивающего добычу нефти из горизонтальных скважин, имеющих низкое пластовое давление и низкий уровень жидкости в скважине. Сущность изобретения: устройство включает откачивающий агрегат. Он выполнен с возможностью спуска в горизонтальную часть скважины. Устройство имеет корпус из гибкого материала и канат для спуска корпуса. Корпус выполнен с обратным клапаном. Корпус имеет трубу-отстойник и трубу-толкатель. Откачивающий агрегат помещен в корпусе. Корпус имеет наружный диаметр, близкий диаметру ствола скважины. Длина корпуса равна длине горизонтальной части скважины. Корпус выполнен с возможностью всплытия в жидкости, заполняющей горизонтальную часть скважины, 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для добычи нефти из горизонтальных скважин, включающее откачивающий агрегат, выполненный с возможностью спуска в горизонтальную часть скважины, отличающееся тем, что оно снабжено корпусом из гибкого материала и канатом для спуска корпуса, выполненного с обратным клапаном, трубой-отстойником и трубой-толкателем, а откачивающий агрегат помещен в корпусе, при этом последний имеет наружный диаметр, близкий диаметру ствола свкважины, длину, равную длине горизонтальной части скважины, и выполнен с возможностью всплытия в жидкости, заполняющей горизонтальную часть скважины. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что обратный клапан выполнен управляемым и обеспечивает открытие и закрытие входного отверстия корпуса с заданной частотой. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве откачивающего агрегата используют насосно-компрессорную трубу, или электрический погружной насос с насосно-компрессорной трубой, или плунжер, спускаемый в корпус на канате.