СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАКАЧКИ ПЛАСТОВЫХ ВОД В НЕФТЕНОСНЫЙ ПЛАСТ Российский патент 2001 года по МПК F04B47/02 E21B43/20 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к насосным установкам, предназначенным для нагнетания воды из нижележащих водоносных пластов в верхнележащий нефтеносный объект со слабопроницаемыми коллекторами в целях поддержания и повышения в нем пластового давления.

Известно устройство для нагнетания пластовых вод из нижележащих водоносных пластов в верхнележащий нефтеносный пласт с помощью электропогружного насоса и двух пакеров, изолирующих нефтеносный пласт [1].

Недостатком этого устройства является высокая стоимость электропогружного насоса, и в случае замены насоса требуется подъем насосно-компрессорных труб с пакерами. Кроме того, в процессе закачки по мере повышения давления из-за снижения приемистости пласта в результате загрязнения призабойной зоны пласта, особенно в низкопроницаемых коллекторах, производительность установки выходит за пределы оптимальной области рабочей характеристики электропогружного насоса.

Известна насосная установка для закачивания воды в нефтеносный пласт. Подача воды осуществляется с поверхности земли или из вышележащего водоносного пласта. Установка состоит из колонны насосно-компрессорных труб с пакером, глубинного штангового насоса, цилиндр которого размещен в кожухе. Кожух имеет двухпроходной патрубок, один ход которого сообщен с полостью цилиндра, а другой - с кольцевой полостью между кожухом и цилиндром [2].

Однако данная установка имеет сложную конструкцию и не обеспечивает нагнетание воды из нижележащего водоносного пласта в верхнележащий нефтеносный пласт.

Известна также скважинная штанговая насосная установка, предназначенная для раздельного отбора нефти и воды из нижнего продуктивного горизонта с откачкой нефти на поверхность, а воды - в верхний горизонт. Установка состоит из колонны насосно-компрессорных труб, корпуса штангового насоса со ступенчатым цилиндром и дифференциальным плунжером. Корпус и подпоршневая камера верхней ступени цилиндра в нижней части имеют соосные радиальные каналы, сообщающие их с затрубным пространством скважины, разобщенным верхним и нижним пакерами в интервале перфорационных отверстий верхнего горизонта. Приемная часть штангового насоса размещена под нижним пакером, который снабжен трубкой с обратным клапаном, гидравлически связывающей нижний горизонт с межпакерным пространством [3].

Недостатком данной установки является сложность конструкции и отсутствие возможности количественной оценки закачки воды, что особенно важно при поддержании пластового давления в верхнем пласте. Кроме того, установка не обеспечивает закачку воды при пластовом давлении верхнего горизонта больше чем нижнего.

Задача изобретения - повышение эффективности внутрискважинной перекачки воды из нижележащего водоносного в вышележащий нефтеносный пласт штанговой насосной установкой за счет упрощения ее конструкции и обеспечения возможности исследования работы глубинного насоса и пластов.

Поставленная задача достигается тем, что в установке для закачки пластовых вод в нефтеносный пласт, содержащей колонну насосных труб с обратным клапаном в нижней части, связанную со вставным штанговым насосом и спущенную в эксплуатационную колонну с перфорированными участками напротив нефтеносного и водоносного пластов и двух пакеров, установленных в затрубном пространстве выше и ниже нефтеносного пласта, над цилиндром насоса на колонне насосных труб установлен патрубок с уплотнительными кольцами на внутренней поверхности, и радиальными каналами, гидравлически связывающими внутреннюю полость патрубка с межпакерной зоной затрубного пространства скважины. В патрубке концентрично размещен ступенчатый стакан с возможностью осевого перемещения, имеющий проходные отверстия и зубчатый наконечник, связанный с переходником цилиндра насоса при помощи цанги. Шток плунжера, проходящий через центральное отверстие стакана, для перемещения последнего в патрубке, снабжен верхним и нижним толкателями, взаимодействие которых со стаканом осуществляется с устья скважины через штанговую подвеску. Причем верхний пакер, перекрывающий затрубное пространство над нефтеносным пластом, выполнен самоуплотняющимся и установлен над радиальными отверстиями на патрубке. При этом самоуплотняющаяся манжета пакера размещена в предохранительном кожухе, внутренняя полость которого через радиальные отверстия гидравлически связана с патрубком.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема оборудования предлагаемой скважинной насосной установки при исследовании водоносного пласта; на фиг. 2 - верхняя часть вставного штангового насоса в компоновке с самоуплотняющимся пакером.

Скважинная насосная установка для закачки пластовых вод в нефтеносный пласт содержит вставной штанговый насос 1, связанный с колонной насосных труб 2 замковой опорой 3, спущенные в эксплуатационную колонну 4 с перфорированными участками напротив нефтеносного 5 и водоносного 6 пластов. На колонне насосных труб 2 установлен нижний пакер 7, герметизирующий затрубное пространство скважины над водоносным пластом 6. Над цилиндром вставного насоса 1 и выше нефтеносного пласта 5 колонна насосных труб 1 снабжена патрубком 8 с уплотнительными кольцами 9 и радиальными каналами 10, сообщающими внутреннюю полость патрубка 8 с затрубным пространством 11 и с нефтеносным пластом 5. На патрубке 8 выше радиальных каналов 10 установлен верхний пакер 12, а ниже - кожух 13 с возможностью осевого перемещения, предохраняющий самоуплотняющуюся манжету 14 пакера 12 от повреждений при спуске его в скважину. В патрубке 8 концентрично размещен с возможностью осевого перемещения ступенчатый стакан 15, имеющий проходные отверстия 16 и зубчатый наконечник 17, соединенный с переходником 18 цилиндра насоса 1 с помощью цанги 19. Шток плунжера 20, проходящий через центральное отверстие стакана 15, для перемещения последнего в патрубке 8 снабжен двумя толкателями, которые выполнены: верхний в виде соединительной муфты 21, а нижний - в виде втулки 22. Штанговая подвеска 23 снизу соединена с муфтой 21, а сверху - специальной траверсой 24 контактной подвески насосных штанг. Колонна насосных труб 2 в нижней части имеет обратный клапан 25.

При исследовании водоносного пласта 6 к приемной части насоса 1 подсоединяется перфорированная камера 26, в которой размещается глубинный манометр 27. Устьевая арматура скважины оборудована специальным сальником 28 на высокое давление с автономной смазкой и охлаждением полированного штока (не показано).

Скважинная насосная установка работает следующим образом.

Перед спуском вставного насоса 1 в колонну насосных труб 2 затрубное пространство 11 разобщают от водоносного пласта 6 пакером 8, выполненным, например, типа "пакер-гильза". При исследовании гидродинамических параметров водоносного пласта осуществляется разобщение нефтеносного 5 и водоносного 6 пластов в полости колонны насосных труб путем закрытия радиальных каналов 10 патрубка 8.

Вставной насос 1 в сборке со ступенчатым стаканом 15 и перфорированной камерой 25 с глубинным манометром 26 на штанговой подвеске 13 спускается в колонну насосно-компрессорных труб 2 с заранее заданным расстоянием между толкателями штока 20, т.е. между соединительной муфтой 21 и верхним торцом втулки 16 с учетом необходимой длины хода насоса 1. При достижении вставным насосом 1 замковой опоры 3 муфта 21 садится в стакан 15 и его зубчатый наконечник 17 упирается в переходник 18 и за счет веса штанговой подвески 23 цанговый узел (не обозначен) цилиндра насоса 1 садится на замковую опору 3. При этом на устье скважины фиксируется крайнее нижнее положение плунжера в цилиндре насоса 1.

Для закрытия радиальных каналов 10 стаканом 15 с устья скважины осуществляют подъем штанговой подвески 23 на расстояние от муфты 21 до верхнего торца втулки 22 плюс высота зубчатого наконечника 17, удлинение штанг, определяемое путем снятия динамограммы с помощью прибора "Микон" датчиком, установленным на полированном штоке, который составляет последнее звено штанговой подвески 23. При этом, поскольку усилие срабатывания упругого (пружинящего) элемента цанги 19 многократно меньше чем цанги вставного насоса 1 в замковой опоре 3, стакан 15 с зубчатым наконечником 17 перемещается вверх и занимает положение напротив радиальных каналов 10 в патрубке 8, а зубчатый наконечник 17 нижним концом остается захваченным цангой 19. Далее при крайнем верхнем положении плунжера в цилиндре осуществляется подгонка устьевого полированного штока с траверсой 24 канатной подвески насосных штанг и монтаж устьевой арматуры скважины. При работе глубинного насоса 1 продукция водоносного пласта 6 по колонне насосных труб 1 поступает на поверхность и путем динамометрирования определяется режим работы глубинного насоса, а также дебит скважины.

Одновременно с этим глубинным манометром 23 записываются кривые падения давления на приеме насоса 1, и далее они пересчитываются на кровлю водоносного пласта. На базе полученных данных по общеизвестному методу определяются пластовые параметры и потенциальные возможности водоносного пласта 6.

Для сообщения внутренней полости колонны насосных труб 2 с нефтеносным пластом 5 на устье скважины в крайнем нижнем положении головки балансира станка-качалки в траверсе 24 с удлиненными подъемными винтами (не показаны) опускается устьевой полированный шток и связанная с ним штанговая подвеска 23 на высоту зубчатого наконечника 17. При этом муфта 21 перемещает стакан 15 вниз и происходит открытие радиальных каналов 10 патрубка 8, после чего для определения коэффициента приемистости нефтеносного пласта с устья скважины насосным агрегатом по колонне насосных труб 2 в трех режимах закачивается пластовая вода, откаченная ранее при исследовании водоносного пласта. В процессе закачки нагнетательный клапан плунжера закрывается через радиальные каналы 10, поступает в подманжетное пространство предохранительного кожуха 13. Вследствие повышения давления кожух 13, разрушая срезной штифт (не показан), перемещается вниз и освобождает самоуплотняющуюся манжету 14. Освободившиеся свободные концы самоуплотняющейся манжеты 14 прижимаются к стенкам эксплуатационной колонны 4. Под воздействием давления нагнетаемой воды пакер 12 герметизирует затрубное пространство 11 над нефтеносным пластом 5 как известная конструкция подобных пакеров. По завершении исследования вставной насос 1 и связанные с ним ступенчатый стакан 15 и камера 26 с глубинным манометром 27 извлекаются на поверхность. При этом обратный клапан 25 предотвращает обратный переток закачиваемой воды из нефтеносного пласта 5 в водоносный пласт 6. На основе полученной информации по гидродинамическим параметрам водоносного и нефтеносного пластов в скважину спускается предлагаемая компоновка вставного насоса (без глубинного манометра) с оптимальными рабочими параметрами.

При этом подгонка штанговой подвески 23 на устье скважины и установка на замковой опоре 3 вставного насоса 1, соединенного со ступенчатым стаканом 5 в колонне насосных труб 1, осуществляется по вышеизложенному способу.

Скважинная жидкость, которая находится над пакером 12, заменяется на антикоррозионную путем закачки ее в затрубное пространство скважины. Далее при закрытии линейной задвижки устьевой арматуры и при открытом положении радиальных каналов 10 скважинная насосная установка осуществляет закачку добываемой воды в нефтеносный пласт 5.

В случае необходимости в процессе эксплуатации установки сообщение или разобщение внутренней полости насосных труб 2 с нефтеносным пластом 5 при исследовании режима работы глубинного насоса 1 осуществляется с использованием специальной траверсы 26 канатной подвески с удлиненными подъемными винтами.

Предлагаемая скважинная насосная установка позволяет улучшить регулирование закачки воды в единой системе поддержания пластового давления (ППД) и задействовать в системе ППД неохваченные площади нефтеносного пласта со слабопроницаемыми коллекторами путем организации выборочного очагового заводнения, исключить трубопроводные коммуникации для подготовки и транспортировки закачиваемой воды, улучшить регулирование процессов разработки нефтяных горизонтов и снизить техногенную нагрузку на верхний питьевой комплекс
Источники информации:
1. А.с. СССР N 111270, Кл. E 21 В 43/20; 1952 г.

2. А.с. СССР N 135853, Кл. F 04 В 47/00; 1961 г.

3. А.с. СССР N 1456641 Кл. F 04 В 47/02; 1989 г. Прототипь

Насосная установка предназначена для использования в нефтяной промышленности для нагнетания воды из нижележащих водоносных пластов в верхнележащий нефтеносный объект со слабопроницаемыми коллекторами в целях поддержания и повышения в нем пластового давления. Содержит колонну насосных труб с обратным клапаном в нижней части, связанную с вставным штанговым насосом и спущенную в эксплуатационную колонну с перфорированными участками напротив нефтеносного и водоносного пластов. Два пакера установлены в затрубном пространстве выше и ниже нефтеносного пласта. Над цилиндром насоса на колонне насосных труб установлен патрубок с уплотнительными кольцами на внутренней поверхности и радиальными каналами, гидравлически связывающими внутреннюю полость патрубка с межпакерной зоной затрубного пространства скважины. В патрубке концентрично размещен ступенчатый стакан с возможностью осевого перемещения, имеющий проходные отверстия и зубчатый наконечник, связанный с переходником цилиндра насоса при помощи цанги. Шток плунжера, проходящий через центральное отверстие стакана, для перемещения последнего в патрубке снабжен верхним и нижним толкателями, взаимодействие которых со стаканом осуществляют с устья скважины через штанговую подвеску. Верхний пакер, перекрывающий затрубное пространство над нефтеносным пластом, выполнен самоуплотняющимся и установлен над радиальными отверстиями на патрубке. Самоуплотняющаяся манжета пакера размещена в предохранительном кожухе, внутренняя полость которого через радиальные отверстия гидравлически связана с патрубком. Повышается эффективность внутрискважинной перекачки воды из нижележащего водоносного в вышележащий нефтеносный пласт штанговой насосной установкой за счет упрощения ее конструкции и обеспечения возможности исследования работы глубинного насоса и пластов. 2 ил.

Скважинная насосная установка для закачки пластовых вод в нефтеносный пласт, содержащая колонну насосных труб с обратным клапаном в нижней части, связанную с вставным штанговым насосом и спущенную в эксплуатационную колонну с перфорированными участками напротив нефтеносного и водоносного пластов и двух пакеров, установленных в затрубном пространстве выше и ниже нефтеносного пласта, отличающаяся тем, что над цилиндром насоса на колонне насосных труб установлен патрубок с уплотнительными кольцами на внутренней поверхности и радиальными каналами, гидравлически связывающими внутреннюю полость патрубка с межпакерной зоной затрубного пространства скважины, а в патрубке концентрично размещен ступенчатый стакан с возможностью осевого перемещения, имеющий проходные отверстия и зубчатый наконечник, связанный с переходником цилиндра насоса с помощью цанги, причем шток плунжера для перемещения ступенчатого стакана в патрубке снабжен верхним и нижним толкателями, взаимодействие которых со ступенчатым стаканом осуществляется с устья скважины через штанговую подвеску, при этом верхний пакер выполнен самоуплотняющимся и установлен над радиальными каналами на патрубке, а самоуплотняющаяся манжета пакера размещена в предохранительном кожухе, внутренняя полость которого через радиальные каналы гидравлически связана с патрубком.