Способ получения электроэнергии при эксплуатации нагнетательных и добывающих скважин Российский патент 2017 года по МПК F03G7/04 F03B13/10 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения электроэнергии при эксплуатации нагнетательных и добывающих скважин.

Известен способ производства электроэнергии для питания геофизических приборов [Патент РФ №2172827, МПК Е21В 47/00, Н02К 5/12. Опубл. 27.08.2001], где источником энергии является поток промывочной жидкости, подаваемой буровым насосом для промывки скважин. Недостатком этого способа является использование энергии бурового насоса без использования природных факторов для воспроизводства электрической энергии.

Известен способ [А.с. СССР №1820021, МКИ F03B 13/00. Опубл. 07.06.1993], где для получения электроэнергии используется турбина и электрогенератор в артезианской скважине, где под действием гидравлической энергии добываемой воды осуществляется трансформация гидравлической энергии в электрическую. Недостатком этого способа является, то, что получение электроэнергии возможно только на (фонтанирующих) скважинах, где пластовая энергия способна совершить подъем столба жидкости из скважины.

Известен способ [А.с. СССР №1698362, МПК Е02В 9/00. Опубл. 15.12.1991], где для получения электроэнергии используется геотермальная энергия и возникающий при этом эффект термолифта. Недостатком этого способа является, то, что эффект термолифта отсутствует на нефтяных и газовых скважинах из-за геологических факторов, недостаточности температуры жидкости, глубины залегания, пластового давления, физических и химических свойств.

Известен способ получения электроэнергии с использованием энергии, заключенной в пластах земли с высоким давлением [Патент РФ №2271465, МПК F03G 7/04. Опубл. 10.03.2006], способ позволяет получать электроэнергию, используя энергию перетока агента из пласта высокого давления в пласт низкого давления и на поверхность (прототип).

Недостатком этого способа является то, что кольцевое пространство между корпусом турбины и эксплуатационной колонной не перекрыто, вследствие чего движение агента будет проходить по наименьшему сопротивлению, а не через турбину. Получение энергии описанным способом возможно только на фонтанирующих скважинах и вскрытых, как минимум в двух, находящихся на значительном расстоянии друг от друга пластах.

Предлагаемое изобретение позволяет устранить основные недостатки прототипа за счет того, что гидродвигатель и электрогенератор, соединенные между собой валом, устанавливаются в эксплуатационную колонну добывающей или нагнетательной скважины, при этом кольцевое пространство между корпусом гидродвигателя и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны перекрывается пакером, образуя два участка, сообщающиеся между собой через гидродвигатель. Известно, что в каждой скважине имеется статический уровень жидкости, зависящий от пластового давления, и динамический уровень, который меняется в зависимости от объема закачки или отбора жидкости. То есть, если скважину долить до устья и не производить долив жидкости, то в течение какого-то времени уровень жидкости, находящейся в скважине, снизится до статического уровня. При этом жидкость, проходя через гидродвигатель, приведет в движение электрогенератор, а тот в свою очередь выработает электроэнергию и передаст ее на устье скважины по электрокабелю. Также при отборе жидкости из скважины приток жидкости из пласта через гидродвигатель будет приводить в движение электрогенератор.

Задачей, решаемой изобретением, является получение электроэнергии при эксплуатации скважин различного назначения, в т.ч. добывающих и нагнетательных.

Сущность изобретения заключается в том, что в эксплуатационную колонну нагнетательной или добывающей скважины, на уровень, находящийся ниже статического уровня жидкости, на подвеске спускают гидродвигатель и соединенный с ним валом электрогенератор. При этом кольцевое пространство между корпусами гидродвигателя, электрогенератора и эксплуатационной колонной перекрывают пакером.

При повышении или понижении уровня в скважине с помощью закачки или отбора жидкости из скважины, за счет того что динамический уровень всегда стремится к статическому, жидкость будет приводить в движение гидродвигатель и электрогенератор, с выработкой электроэнергии, передаваемой по электрокабелю на устье скважины.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Фиг. 1. Нагнетательная скважина.

В эксплуатационную колонну 3 нагнетательной скважины, ниже статического уровня 10, на подвеске 2 одновременно спускают электрогенератор 6, гидродвигатель 4, пакер 5, электрокабель 8, при этом перекрывают пакером 5 кольцевое пространство между гидродвигателем 4 и эксплуатационной колонной 3, перфорированной в пласте 7. Доливают жидкость через патрубок 1 до устья 11, останавливают долив, после чего созданный динамический уровень 9 будет снижаться до статического уровня 10, движение жидкости в пласт 7 через гидродвигатель 4 приведет во вращательное движение электрогенератор 6, жестко соединенный валом с гидродвигателем 4, и полученная электроэнергия по электрокабелю 8 поступит на устье 11.

Фиг. 2. Добывающая скважина.

В эксплуатационную колонну 3, перфорированную в пласте 7, добывающей скважины, ниже статического уровня 10, на подвеске 2 одновременно спускают электрогенератор 6, гидродвигатель 4, пакер 5, электрокабель 8, насос 12, при этом перекрывают пакером 5 кольцевое пространство между гидродвигателем 4 и эксплуатационной колонной 3. Включают насос 12, откачивают жидкость через патрубок 1 до динамического уровня 9 и выключают насос 12, после чего уровень жидкости будет повышаться до статического уровня 10, поток жидкости из пласта 7 приведет в движение гидродвигатель 4 и электрогенератор 6, и полученная электроэнергия по электрокабелю 8 поступит на устье 11.

Технический результат при использовании способа достигается за счет: движения жидкости пласта с динамического до статического уровня в эксплуатационной колонне, в пласт или из пласта, через гидродвигатель, являющийся приводом электрогенератора, при этом движение жидкости в кольцевом пространстве между гидродвигателем, электрогенератором и эксплуатационной колонной ограничивается манжетой пакера.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения электроэнергии при эксплуатации нагнетательных и добывающих скважин. Сущность изобретения заключается в том, что в эксплуатационную колонну нагнетательной или добывающей скважины на уровень, находящийся ниже статического уровня жидкости, на подвеске спускают гидродвигатель и соединенный с ним валом электрогенератор, при этом кольцевое пространство между корпусами гидродвигателя и электрогенератора, и эксплуатационной колонной перекрывают пакером. При повышении или понижении уровня в скважине с помощью закачки или отбора жидкости из скважины, за счет того, что динамический уровень всегда стремится к статическому, жидкость будет приводить в движение гидродвигатель и электрогенератор, с выработкой электроэнергии, передаваемой по электрокабелю на устье скважины. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения электроэнергии при эксплуатации нагнетательных скважин, заключающийся в том, что в скважине ниже статического уровня жидкости размещают гидродвигатель и электрогенератор, соединенные между собой валом, отличающийся тем, что кольцевое пространство между эксплуатационной колонной и корпусами гидродвигателя и электрогенератора перекрывают пакером, при этом образуется два участка, сообщающиеся между собой через гидродвигатель, повышают уровень жидкости в скважине до динамического уровня с помощью закачки, после чего жидкость, опускаясь до статического уровня, проходит через гидродвигатель и приводит его и электрогенератор в движение, что обеспечивает выработку электроэнергии, которая передается по электрокабелю на устье скважины, причем движение жидкости с динамического до статического уровня после остановки закачки происходит только за счет гидростатического давления столба жидкости.

2. Способ получения электроэнергии при эксплуатации добывающих скважин, заключающийся в том, что в скважине ниже статического уровня жидкости размещают гидродвигатель и электрогенератор, соединенные между собой валом, отличающийся тем, что кольцевое пространство между эксплуатационной колонной и корпусами гидродвигателя и электрогенератора перекрывают пакером, при этом образуется два участка, сообщающиеся между собой через гидродвигатель, понижают уровень жидкости в скважине до динамического уровня с помощью откачки насосом, останавливают насос, после чего жидкость, поднимаясь до статического уровня, проходит через гидродвигатель и приводит его и электрогенератор в движение, что обеспечивает выработку электроэнергии, которая передается по электрокабелю на устье скважины, причем движение жидкости с динамического до статического уровня происходит только за счет пластового давления.