УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН Российский патент 2002 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных скважин, а именно к исследованиям эксплуатирующихся скважин.

Известно устройство, позволяющее проводить исследования действующих скважин, выполненное в виде струйной насосной установки [1]. Оно содержит колонну насосно-компрессорных труб, герметизирующий узел, установленный в колонне насосно-компрессорных труб струйный насос с активным соплом, камерой смешения и диффузором. Струйный насос расположен параллельно оси насосно-компрессорных труб со стороны их внутренней поверхности. В герметизирующем узле выполнен осевой канал, сквозь который пропущен каротажный кабель с подсоединенным к нему геофизическим прибором. Выход струйного насоса подключен к колонне насосно-компрессорных труб, выше герметизирующего узла, вход струйного насоса для откачиваемой из пласта жидкости подключен к колонне насосно-компрессорных труб ниже герметизирующего узла, а вход в активное сопло подключен к межтрубному пространству, по которому подается рабочая жидкость. Устройство позволяет, откачивая из пласта добываемую жидкость, одновременно проводить исследования скважины и в том числе исследование профиля притока. Однако в том случае, если герметичность обсадной колонны выше пакера окажется нарушенной, откачка не будет происходить, т.к. закачиваемая в межтрубное пространство рабочая жидкость будет уходить через нарушение колонны, не обеспечивая необходимого давления в активном сопле струйного насоса.

Известно устройство [2] , позволяющее откачивать из пласта добываемую жидкость даже в том случае, если герметичность обсадной колонны выше пакера будет нарушена, которое примем за прототип. Известное устройство выполнено в виде скважинной струйной установки. Содержит пакер, установленный на колонне труб струйный насос с активным соплом, камерой смешения, диффузором и каналом подвода откачиваемой из пласта жидкости, и запорный элемент с седлом. При этом седло запорного элемента установлено параллельно струйному насосу. В седло посажен запорный элемент с осевым каналом для пропуска через него каротажного кабеля с подсоединенным к последнему геофизическим прибором.

Работает известное устройство следующим образом. Рабочая жидкость подается по колонне труб в активное сопло струйного насоса и, истекая из него, увлекает из скважины в камеру смешения откачиваемую из пласта жидкость. Из камеры смешения смесь рабочей и пластовой жидкости поступает в диффузор, где кинематическая энергия потока частично преобразуется в потенциальную энергию, и по межтрубному пространству смесь рабочей и пластовой жидкости подается на поверхность. Одновременно с помощью геофизического прибора проводится исследование скважины, в том числе и исследование профиля притока. При этом, если герметичность обсадной колонны выше пакера будет нарушена, насос будет продолжать работать в нормальном режиме, т.к. давление истекающей из сопла струи не изменится. Из продуктивного интервала будет происходить приток пластовой жидкости, что позволяет производить исследования профиля притока скважины. Однако известное устройство требует значительных затрат времени на установку и срыв пакера, т.к. пакер может быть установлен только с опорой на стенку обсадной колонны, что требует применения специальных якорных устройств. При некачественной опоре происходит неполная пакеровка, что требует повторения операции, а при качественной опоре усложняется срыв пакера, требующий выдержки максимальной нагрузки в течение продолжительного времени. Кроме этого производительность струйного насоса известного устройства недостаточна, например, в глубоких скважинах с низким пластовым давлением, где не обеспечивается заданный приток из пласта при исследовании скважин. При этом увеличить производительность струйного насоса за счет увеличения диаметра проходного сечения активного сопла невозможно по причине ограничения габаритных размеров струйного насоса диаметром обсадной колонны. Таким образом, недостатком известного устройства являются значительные затраты времени на установку и срыв пакера и недостаточная производительность струйного насоса.

Задачей изобретения является снижение затрат времени на установку и срыв пакера и повышение производительности струйного насоса.

Поставленная задача решается тем, что устройство содержит пакер, установленный на колонне труб струйный насос с активным соплом, камерой смешения, диффузором и запорный элемент с седлом, установленным параллельно струйному насосу, причем через осевой канал запорного элемента пропущен каротажный кабель с подсоединенным к нему геофизическим прибором, пакер выполнен с возможностью раздувания его давлением рабочей жидкости и установлен на корпусе струйного насоса (в дальнейшем насоса) против камеры смешения, где в корпусе насоса выполнены отверстия для подвода к пакеру рабочей жидкости. Устройство содержит дополнительно еще один или более насосов, закрепленных последовательно один над другим на колонне труб, причем выход каждого нижерасположенного насоса соединен посредством обсадной колонны с входом вышерасположенного насоса, а расстояние между соседними насосами составляет не менее 5 внутренних диаметров обсадной колонны.

Сопоставительный анализ предложенного устройства с прототипом показал, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что:
- пакер выполнен с возможностью раздувания его давлением рабочей жидкости и установлен на корпусе насоса против камеры смешения, где в корпусе насоса выполнены отверстия для подвода в пакер рабочей жидкости;
- устройство может содержать дополнительно еще один или более насосов, закрепленных последовательно один над другим на колонне труб, причем выход каждого нижерасположенного насоса соединен посредством обсадной колонны с входом вышерасположенного насоса, а расстояние между соседними насосами составляет не менее 5 внутренних диаметров обсадной колонны.

В связи с тем, что пакер выполнен с возможностью раздувания его давлением рабочей жидкости и установлен на корпусе насоса против камеры смешения, где в корпусе насоса выполнены отверстия для подвода в пакер рабочей жидкости, обеспечивается возможность раздувания пакера давлением рабочей жидкости. При этом, когда давление рабочей жидкости в колонне труб и насосе достигает максимального, пакер раздувается до максимального размера и герметизирует зазор между корпусом насоса и стенкой обсадной колонны, а когда давление рабочей жидкости снизится до минимального, то пакер сжимается до минимального исходного размера, не препятствуя перемещению насоса по стволу скважины. Вследствие того, что устройство может содержать дополнительно еще один или более насосов, закрепленных последовательно один над другим на колонне труб, причем выход каждого нижерасположенного насоса соединен посредством обсадной колонны с входом вышерасположенного насоса, а расстояние между соседними насосами составляет не менее 5 внутренних диаметров обсадной колонны, достигается увеличение производительности верхнего насоса за счет предварительной передачи энергии потоку жидкости нижерасположенными насосами.

Предлагаемое устройство показано на черетеже.

Устройство содержит спускаемые в скважину, обсаженную обсадной колонной 1, на колонне труб 2 (НКТ) насосы 3 с активным соплом 4, камерой смешения 5, диффузором 6 и запорный элемент 7 с седлом 8, установленным параллельно насосам 3. Запорный элемент 7 имеет осевой канал 9, через который пропущен каротажный кабель 10 с подсоединенным к нему геофизическим прибором 11. Насосы 3 снабжены пакерами 12, выполненными с возможностью раздувания их давлением жидкости и установленными на корпусах насосов 3, против камеры смешения 5, где в корпусах насосов 3 выполнены отверстия 13 для подвода к пакеру рабочей жидкости. Насосов 3 может быть два и более. Расстояние L между соседними насосами 3 должно быть не менее 5 внутренних диаметров D обсадной колонны 1, т.е. L>5D. Такое расстояние между соседними насосами выбрано исходя из того, чтобы обеспечивалась передача энергии струи насоса потоку жидкости в обсадной колонне 1, т.к. при сближении насосов 3 на меньшее расстояние, значительная часть энергии струи непроизводительно тратится на преодоление гидравлического сопротивления в зазоре между корпусом насоса 3 и стенкой обсадной колонны 1 и не передается потоку жидкости, прокачиваемой по обсадной колонне 1.

Работает устройство следующим образом. Насосы 3 спускают на НКТ в скважину, на 500-1000 м под уровень жидкости, устанавливая их выше продуктивного пласта на 10-20 м. Внутрь НКТ на каротажном кабеле 10 спускают геофизический прибор 11 с запорным элементом 7. Геофизический прибор 11 имеет меньший диаметр, чем сквозное отверстие в седле 8, поэтому он свободно проходит сквозь отверстие в седле 8 и достигает интервала перфорации. Запорный элемент 7 имеет больший диаметр, чем сквозное отверстие в седле 8, и поэтому он садится в седло, перекрывая сечение последнего. При этом каротажный кабель 10 под действием веса геофизического прибора 11 перемещается внутри осевого канала 9 запорного элемента 7, обеспечивая возможность спуска геофизического прибора 11 до забоя скважины. Уплотняют каротажный кабель на входе в НКТ сальником. Подают в НКТ рабочую жидкость, в качестве которой может быть использована вода или отфильтрованная добываемая нефть под давлением не более 17 МПа (в том случае, если НКТ опрессованы на 25 МПа). Рабочая жидкость устремляется вниз по НКТ, достигает активного сопла 4, изливается из него струей через камеру смешения 5 и диффузор 6. При этом в камеру смешения 5 одновременно подсасывается жидкость из ствола скважины и получаемая смесь скважинной и рабочей жидкости прокачивается по обсадной колонне вверх к устью скважины. Одновременно с истечением жидкости из сопла она поступает в пакер 12 через отверстие в корпусе насоса 13. Под давлением рабочей жидкости пакер 12 раздувается, увеличиваясь в диаметре, и герметизирует зазор между корпусом насоса 3 и стенкой обсадной колонны 1, против камеры смешения 5. В результате исключается переток жидкости из пространства скважины выше насоса 3 в пространство скважины ниже насоса 3. При прекращении подачи рабочей жидкости по НКТ пакер 12 сжимается, выдавливая из своей внутренней полости рабочую жидкость через отверстие 13 обратно в НКТ, принимает исходные размеры и не препятствует перемещению насоса 3 по обсадной колонне 1. Таким образом у предлагаемого устройства пакеровка и срыв пакера не требует дополнительных затрат времени, а также материальных и энергетических ресурсов, т.е. задача изобретения в этой части решена. При применении двух или более насосов нижний насос откачивает жидкость, притекающую из пласта. В результате смешивания ее с рабочей жидкостью, истекающей из сопла нижнего насоса, образуется смесь жидкостей, которая заполняет пространство скважины между насосами. Под действием струи нижнего насоса смесь жидкостей устремляется через камеру смешения верхнего насоса в пространство скважины выше верхнего насоса, взаимодействуя при этом со струей рабочей жидкости, истекающей из сопла верхнего насоса. Таким образом на выходе верхнего насоса имеет место более высокая скорость потока, чем на выходе нижнего насоса, т.к. потоку передается энергия струи и нижнего, и верхнего насосов. В результате производительность на выходе верхнего насоса больше, чем на выходе нижнего насоса. Производительность на выходе верхнего насоса может быть еще увеличена, если использовать большее количество насосов. Таким образом достигнуто решение задачи изобретения - повышение производительности насоса. Внедрение изобретения позволит сократить время, затрачиваемое на проведение исследований скважин, повысить эффективность и снизить стоимость исследований эксплуатирующихся скважин.

Источники информации
1. Патент РФ 2106540 "Скважинная струйная насосная установка", опубл. 10.03.98.

2. Патент РФ 2059891 "Скважинная струйная установка", опубл. 10.05.96.

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных скважин, а именно к исследованиям эксплуатирующихся скважин. Техническим результатом является снижение затрат времени на установку и срыв пакера и повышение производительности струйного насоса. Для этого устройство содержит пакер, установленный на колонне труб, струйный насос с активным соплом, камерой смешения, диффузором и запорный элемент с седлом, установленным параллельно струйному насосу. Причем через осевой канал запорного элемента пропущен каротажный кабель с подсоединенным к нему геофизическим прибором. Пакер выполнен с возможностью раздувания его давлением жидкости и установлен на корпусе струйного насоса, против камеры смешения, где в корпусе струйного насоса выполнены отверстия для подвода к пакеру рабочей жидкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для исследования скважин, содержащее пакер, установленный на колонне труб струйный насос с активным соплом, камерой смешения, диффузором и запорный элемент с седлом, установленным параллельно струйному насосу, причем через осевой канал запорного элемента пропущен каротажный кабель с подсоединенным к нему геофизическим прибором, отличающийся тем, что пакер выполнен с возможностью раздувания его давлением рабочей жидкости и установлен на корпусе струйного насоса, против камеры смешения, где в корпусе струйного насоса выполнены отверстия для подвода к пакеру рабочей жидкости. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит дополнительно еще один или более струйных насосов, закрепленных последовательно один над другим на колонне труб, причем выход каждого нижерасположенного струйного насоса соединен посредством обсадной колонны с входом вышерасположенного струйного насоса, а расстояние между соседними струйными насосами составляет не менее пяти внутренних диаметров обсадной колонны.