ЗАБОЙНОЕ ВСТАВНОЕ ИНЖЕКТОРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2018 года по МПК E21B43/24 E21B36/04 E21F7/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Для увеличения дебита эксплуатационной нефтяной скважины применяются методики механизированной добычи. Одним доступным для промышленного применения видом механизированной добычи является газлифт. При газлифте в скважину нагнетается сжатый газ для увеличения дебита добываемой текучей среды с помощью уменьшения потерь напора, связанных с весом столба добываемых текучих сред. В частности, нагнетаемый газ уменьшает давление на дне забоя скважины, уменьшая объемную плотность текучей среды в скважине. Уменьшенная плотность облегчает выход текучей среды из скважины. Газлифт, вместе с тем, работает не во всех ситуациях. Например, газлифт не работает в скважинах, разрабатывающих запасы нефти высокой вязкости (тяжелой нефти). Обычно применяют термические способы для извлечения тяжелой нефти из коллектора. В обычном термическом способе пар, вырабатываемый на поверхности, закачивается через нагнетательную скважину в коллектор. В результате теплообмена между паром, нагнетаемым в скважину, и текучими средами на забое вязкость нефти уменьшается до величины, обеспечивающей подачу насосом из отдельной эксплуатационной скважины. Газлифт нет смысла применять в термической системе, поскольку относительно низкая температура газа снижает эффект теплообмена между паром и тяжелой нефтью, увеличивая вязкость нефти, и отрицательно влияет на эффективность работы термической системы. Подача пара или другая обработка пласта для интенсификации притока обычно требует значительных геотехнических мероприятий или капремонта в скважине. Во время капремонта в скважине заканчивание выполняется повторно для получения нефти вместо нагнетания пара или наоборот, что уменьшает производительное время и, соответственно, объем добытой нефти.

[0002] По причинам, указанным выше и по другим причинам, изложенным ниже, понятным специалисту в данной области в техники, рассматривающему данное описание, существует необходимость создания эффективного и высокопроизводительного устройства для подачи на забой пара или другого вещества интенсификации притока и/или текучей среды без проведения значительных геотехнических мероприятий или капремонта в скважине.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Упомянутые выше проблемы существующих систем решаются с помощью вариантов осуществления настоящего изобретения, которые становятся понять из приведенного ниже подробного описания изобретения. Сущность изобретения приведена в качестве примера и не служит ограничением. Сущность изобретения приведена для помощи пользователю в понимании некоторых аспектов изобретения.

[0004] В одном варианте осуществления, создано вставное инжекторное устройство. Вставное инжекторное устройство включает в себя корпус, который имеет внутренний нефтяной канал, выполненный с возможностью обеспечивать сквозной проход нефти. Корпус дополнительно имеет кольцевую камеру, выполненную вокруг внутреннего нефтяного канала. Кольцевая камера имеет отверстие камеры, выполненное с возможностью соединения для приема потока газового теплоносителя. Корпус также имеет по меньшей мере одно инжекторное отверстие, обеспечивающее проход между кольцевой камерой и внутренним нефтяным каналом. По меньшей мере одно инжекторное отверстие выполнено с возможностью нагнетания газового теплоносителя в нефть, пропускаемую по внутреннему нефтяному каналу. По меньшей мере одно инжекторное отверстие выполнено с возможностью нагнетания стимулирующего газлифт теплоносителя в нефть, проходящую по внутренний нефтяной канал.

[0005] В другом варианте осуществления создана забойная система. Система включает в себя разветвитель для скважинного байпаса, обходящего установку электроцентробежного погружного насоса (УЭЦН) и вставной инжектор. Разветвитель для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН установлен для создания пути между первым стволом скважины и вторым стволом скважины. Вставное инжекторное устройство установлен в разветвителе для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН. Вставной инжектор имеет корпус и внутренний нефтяной канал, который выполнен с возможностью обеспечивать сквозной проход нефти. Корпус дополнительно имеет кольцевую камеру, выполненную вокруг внутреннего нефтяного канала. Кольцевая камера имеет отверстие камеры, выполненное с возможностью соединения для приема потока газового теплоносителя из второго ствола скважины. Корпус также имеет по меньшей мере одно инжекторное отверстие, обеспечивающее проход между кольцевой камерой и внутренним нефтяным каналом. По меньшей мере одно инжекторное отверстие выполнено с возможностью нагнетания газового теплоносителя во внутренний нефтяной канал.

[0006] В еще одном варианте осуществления создан способ интенсификации добычи нефти для нефтяного коллектора. Способ включает в себя: подачу высокоскоростного газового теплоносителя в кольцевую камеру, окружающую нефтяной канал в первой скважине; и нагнетание газового теплоносителя через по меньшей мере одно инжекторное отверстие в нефтяной поток, проходящий через нефтяной канал.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Настоящее изобретение и его дополнительные преимущества и варианты применения можно лучше понять, из приведенного ниже подробного описания с прилагаемыми фигурами, на которых показано следующее.

[0008] На фиг.1 показан вид сбоку забойной системы одного варианта осуществления настоящего изобретения.

[0009] На фиг.2 показан с увеличением вид сбоку вставки узла форсунки одного варианта осуществления настоящего изобретения.

[0010] На фиг.3 показан с увеличением вид сбоку вставки узла форсунки фиг.2 и установка пробки в одном варианте осуществления настоящего изобретения.

[0011] На фиг.4 показан с увеличением вид сбоку вставки узла форсунки фиг.2 и установка пробки в другом месте в другом варианте осуществления настоящего изобретения.

[0012] На фиг.5 показан с увеличением вид сбоку другого варианта осуществления вставки узла форсунки.

[0013] Согласно обычной практике различные описанные элементы вычерчены без соблюдения масштаба для выделения конкретных признаков, релевантных для настоящего изобретения. Одинаковые позиции ссылки присвоены одинаковым элементам на фигурах и по тексту.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] В следующем подробном описании с прилагаемыми чертежами даны примеры иллюстративных конкретных вариантов осуществления изобретения. Данные варианты осуществления описаны достаточно подробно, при этом, специалисту в данной области техники, реализующему изобретение, понятно, что можно применять другие варианты осуществления, и что изменения можно выполнять без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Следующее подробное описание таким образом, нельзя считать ограничивающим, и объем настоящего изобретения определяется только формулой изобретения и его эквивалентами.

[0015] В варианте осуществления кольцевое расширяющееся и сужающееся сопло установлено в разветвитель для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, на выходе парогенератора или генератора другой горячей текучей среды. Кольцевое сопло перенаправляет поток газа параллельно потоку добываемой нефти и должно действовать, как забойный эжекторный насос, передающий кинетическую энергию добываемой нефти. В другом варианте осуществления продукт, выходящий из сопла насоса должен нагнетаться в поток под небольшим углом. Данное нагнетание должно располагаться выше по потоку от отклоняющегося контура. Нагнетаемый поток приводящего в движение носителя должен автоматически дросселироваться до числа Маха меньше 1.

[0016] Кроме того, в вариантах осуществления настоящего изобретения создано вставное инжекторное устройство, которое образует забойный струйный насос с источником газа. Изобретение увеличивает добычу скважины, как средство механизированной добычи и обеспечивает добычу нефти вокруг забойного парогенератора, такого как теплообменник. В варианте осуществления, забойный генератор является соединением парогазогенератора и теплообменника прямого контакта. Пример парогазогенератора имеется в патентной заявке совместного правообладания Patent Application No. 13/782865 под названием "HIGH PRESSURE IGNITION OF GASEOUS HYDROCARBONS WITH HOT SURFACE IGNITION," выложена 1 марта 2013 г., которая включена в состав данного документа. Пример теплообменника имеется в патентной заявке совместного правообладания Patent Application No. 13/793891 под названием "HIGH EFFICIENCY DIRECT CONTACT HEAT EXCHANGER" выложена 1 марта 2003 г., которая включена в данном документе в виде ссылки. Теплообменник в вариантах осуществления может охлаждаться любым из следующего: жидкостью, например, водой (режим пара), пропаном, другими углеводородами или другой текучей средой, например, CO, C0₂, N₂, и т.д. В варианте осуществления теплообменник прямого контакта забирает высокотемпературный под высоким давлением выхлоп из забойного парогазогенератора и нагнетает газообразный выходящий поток в воду для создания пара, который является стимулирующим теплоносителем газлифта, в общем описываемым, как газовый теплоноситель. В других вариантах осуществления, как рассмотрено выше, может применятьcя охлаждающее вещество, например, пропан, или различные углеводороды или другие газы, например CO, C0₂, N₂, и т.д., которые смешиваются с выхлопными газами парогазогенератора для образования газового теплоносителя. Таким образом, вещество, подаваемое теплообменником должно в общем, называться газовым теплоносителем. Вставное инжекторное устройство с соплом вариантов осуществления устанавливается в разветвитель для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, который перенаправляет поток газового теплоносителя, идущего в скважину из теплообменника, на выход из скважины. При этом сопло функционирует, как эжектор, что рассмотрено ниже. В варианте осуществления применяется кольцевое сопло, выполняющее работу на нефти, перекачиваемой, благодаря передаче кинетической энергии и снижению статического давления на выходе сопла. Массовый расход должен при этом увеличиваться благодаря лифтовым свойствам газовой смеси, дополнительно увеличивая добычу. Устройство нагнетательной вставки дает возможность стимуляции более высокопроизводительной работы скважины и ведения добычи из скважины без значительного капремонта, что дает значительную экономию затрат и увеличивает кпд.

[0017] На фиг. 1 показана забойная система 50 одного варианта осуществления. В варианте осуществления забойная система 50 включает в себя парогазогенератор и теплообменник 100, рассмотренные выше, которые установлены продольно сбоку эксплуатационной колонны 120 в одной скважине. Систему 100 парогазогенератора и теплообмена можно в общем, называть системой 100 подачи горячей текучей среды, которая подает газовый теплоноситель. Система 100 подачи горячей текучей среды показана с наружным кожухом 103, который защищает внутренние компоненты 102. Забойная система 50 дополнительно включает в себя разветвитель 200 для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, который создает путь для эксплуатационной колонны 120. Нефть подлежит извлечению из эксплуатационной колонны 120. В разветвитель для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН установлено вставное инжекторное устройство 400 варианта осуществления.

[0018] На фиг.2 показан с увеличением разветвитель 200 для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, с вставным инжекторным устройством 300 варианта осуществления. Вставное инжекторное устройство 300 включает в себя удлиненный кольцевой корпус 300a, который включает в себя внутренний канал 302, создающий путь прохода между верхним участком 120a эксплуатационной колонны 120, который ведет на поверхность, и нижним участком 120b, который ведет в нефтяной коллектор. Кольцевой корпус 300a имеет первый конец 320a, который устанавливается в направлении к нефтяному коллектору и противоположный второй конец 320b, который устанавливается в направлении к оборудованию устья скважины. Кольцевой корпус 300a дополнительно включает в себя кольцевую камеру 304 (кольцевую камеру повышенного давления), которая выполнена в корпусе 300a вставного инжекторного устройства 300. Кольцевая камера 304 проходит вокруг внутреннего нефтяного канала 302. Кольцевая камера 304 имеет отверстие 322 сообщающееся текучей средой с разветвителем для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, для приема теплоносителя 101 газлифта из системы 100 подачи горячей текучей среды. Узкое калиброванное отверстие 306 эжектора (кольцевой инжектор) между кольцевой камерой 304 и внутренним нефтяным каналом 302 создает путь для теплоносителя газлифта в нефть во внутреннем нефтяном канале 302. Как показано, калиброванное отверстие 306 эжектора (калиброванное отверстие кольцевого инжектора в данном варианте осуществления) выполнено с возможностью направлять теплоноситель газлифта вверх в направлении к поверхности в данном варианте осуществления. Калиброванное отверстие 306 эжектора также установлено вблизи второго конца 320b вставного инжекторного устройства 300 в данном варианте осуществления. Теплоноситель газлифта, входящий в нефть 115 должен выполнять работу на нефти, 115, перекачиваемой на выход из скважины, передавая кинетическую энергию и снижая статическое давление на выходе сопла. Массовый расход должен при этом увеличиваться благодаря подъемной силе газовой смеси для дополнительного увеличения добычи.

[0019] В частности, газовый теплоноситель 101, например, горячий газ из системы 100 подачи горячего газа подается в кольцевую камеру 304 (кольцевую камеру повышенного давления) под давлением достаточным для обеспечения достижения газовым теплоносителем 101 высокой скорости. В некоторых конфигурациях скорость должна быть звуковой, а в других скорость должна быть дозвуковой. Теплоноситель 101 газлифта получает ускорение при проходе через калиброванное отверстие 306 инжектора, при этом статическое давление ниже по потоку от точки нагнетания уменьшается, таким образом увеличивая потенциал приведения в движение текучей среды коллектора. Конечную скорость теплоносителя 101 газлифта для интенсификации добычи и, следовательно, максимальную кинетическую энергию, которая может передаваться углеводородному потоку, диктует геометрия кольцевого нагнетания, а также эффективное кольцевое пространство, создаваемое между контуром стенки с внутренней поверхностью 300b вставки 300 и перекачиваемой углеводородной текучей средой. В данном случае наружная граница является фиксированной и задается геометрией вставки 300, а внутренняя граница образуется благодаря неоднородности плотности между углеводородным потоком и горячей текучей средой.

[0020] Вставное инжекторное устройство 300, с внутренним нефтяным каналом 302, вариантов осуществления обеспечивает вставление пробок либо выше вставного инжекторного устройства 300 или ниже вставного инжекторного устройства 300. Например, как показано на фиг.3, пробка 350 пропущена через внутренний нефтяной канал 302 и установлена ниже узкого калиброванного отверстия 306 эжектора. Пробка 350 в данном положении изолирует нефтяной коллектор от поверхности и вставное инжекторное устройство 300 можно удалять до обработки коллектора для интенсификации притока и проводить ее техобслуживание и ремонт до следующего периода добычи. Данное обеспечивает ускоренное и менее дорогостоящее техобслуживание, а также более продолжительную и надежную работу между полными капитальными ремонтами. Пробка 350 в данном положении также предотвращает вход нефти в систему 100 подачи горячего газа, когда система не работает, в период времени между закачкой пара и извлечением нефти при циклической обработке пласта паром для интенсификации притока или стимуляции циклической закачкой пара. На фиг.4 показана пробка 360, установленная выше узкого калиброванного отверстие 306 эжектора. В данной конфигурации выходящему из системы 100 подачи потоку горячего газа обеспечен проход на забой скважины в нефтяной коллектор. Данное обеспечивает обработку горячим газом нефти в коллекторе для интенсификации притока. Как показано другими способами добычи с циклической закачкой пара, резкое увеличение добычи нефти получают при термической обработке пласта для интенсификации притока. Некоторые показатели проводимых работ указывают, когда вставка 300 должна оставаться в разветвителе 200 для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, во время обработки пласта для интенсификации притока циклической закачкой пара, как показано на фиг. 4 и когда наступает наилучший момент для удаления вставки 300 до обработки коллектора для интенсификации притока, как показано на фиг. 3.

[0021] Другой вариант осуществления вставного инжекторного устройства 400 показан на фиг. 5. В данном варианте осуществления кольцевая камера 502 (наружный канал горячего газа) выполнена с возможностью придания ускорения газовому теплоносителю до выброса газового теплоносителя через зауженное калиброванное отверстие 504 в поток нефти в верхнем скважинном участке 120a. В данном варианте осуществления, ускорение газовому теплоносителю 101 придается в кольцевой камере 502. Вставное инжекторное устройство 400 включает в себя удлиненный кольцевой корпус 400a, который включает в себя наружную стенку 402a и внутреннюю стенку 402b. Кольцевая камера 502 образована между наружной стенкой 402a и внутренней стенкой 402b. Дополнительно в данном варианте осуществления, расположенные на расстоянии друг от друга выступы 404 проходят от внутренней стенки 402b в кольцевое пространство 502. Выступы 404 действуют, как конструктивные опоры внутренней стенки и могут улучшать теплопередачу от горячей текучей среды в углеводородный поток. Корпус 400a имеет первый конец 420a, установленный направленным к нефтяному коллектору, и противоположный второй конец 420b установленный направленным к поверхности. Узкое калиброванное отверстие 504 установлено вблизи второго конца 420b корпуса 400a. Также на фиг. 5 показано отверстие 422 камеры, которое обеспечивает вход теплоносителя 101 газлифта в кольцевую камеру 502.

[0022] Хотя в данном документе показаны и описаны конкретные варианты осуществления изобретения, специалисту в данной области техники понятно, что любое показанное устройство в таком варианте осуществления, можно заменить другим устройством аналогичной функциональности. Например, хотя выше в вариантах осуществления показана фиксированная геометрия, вариации данного инжекторного вставного устройства могут включать в себя изменяемую минимальную площадь, которая должна обеспечивать существенные изменения соотношения объемов "потока подачи пара" и "стимулируемого потока". Другие вариации относятся к подаче стимулируемой текучей среды и давлению с величинами, ниже которых звуковая скорость создается в кольцевого инжекторном механизме и дискретных отверстиях нагнетания, расположенных на расстоянии друг от друга вокруг внутреннего цилиндра вставки 300. Таким образом, данная заявка не описывает все возможные адаптации или вариации настоящего изобретения. Таким образом, установлено, что данное изобретение ограничено только формулой изобретения и его эквивалентами.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к устройствам для подачи на забой пара или другого вещества интенсификации притока. Вставное инжекторное устройство включает в себя корпус, который имеет внутренний нефтяной канал, выполненный с возможностью обеспечивать сквозной проход нефти. Корпус дополнительно имеет кольцевую камеру, выполненную вокруг внутреннего нефтяного канала. Кольцевая камера имеет отверстие камеры, выполненное с возможностью соединения для приема потока газового теплоносителя. Корпус также имеет по меньшей мере одно инжекторное отверстие, обеспечивающее проход между кольцевой камерой и внутренним нефтяным каналом. По меньшей мере одно инжекторное отверстие выполнено с возможностью нагнетания газового теплоносителя в нефть, пропускаемую по внутреннему нефтяному каналу. Технический результат заключается в повышении эффективности забойного вставного инжекторного устройства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Забойная система, содержащая:

трубную эксплуатационную колонну, содержащую верхний участок и нижний участок;

разветвитель для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, выполненный и установленный для образования пути потока нефти между верхним участком и нижним участком эксплуатационной колонны, причем разветвитель для скважинного байпаса включает в себя ответвляющийся поперечно канал, проходящий от боковой стороны разветвителя;

вставное инжекторное устройство, установленное в пути потока нефти разветвителя для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, причем вставное инжекторное устройство содержит корпус, имеющий нефтяной канал, для прохода нефти из нижнего участка в верхний участок эксплуатационной колонны, корпус дополнительно имеет кольцевую камеру, проходящую вокруг нефтяного канала, кольцевая камера имеет отверстие в ответвляющийся канал и по меньшей мере одно инжекторное отверстие, проходящее вверх от кольцевой камеры для связи с одним из следующего: нефтяным каналом или путем потока нефти верхнего участка эксплуатационной колонны;

парогазогенератор, выполненный с возможностью вырабатывать высокотемпературные, под высоким давлением выхлопные газы;

теплообменник, функционально соединенный с парогенератором для приема и охлаждения высокотемпературных, под высоким давлением выхлопных газов текучей средой для образования газового теплоносителя, причем теплообменник функционально соединен с впуском ответвляющегося канала разветвителя для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН.

2. Забойная система по п. 1, в которой корпус имеет первый конец и противоположный второй конец, причем первый конец установлен направленным к нижнему участку эксплуатационной колонны и второй конец установлен направленным к верхнему участку эксплуатационной колонны, причем по меньшей мере одно инжекторное отверстие установлено для нагнетания газового

теплоносителя ко второму концу корпуса.

3. Забойная система по п. 1, в которой кольцевая камера выполнена с возможностью придания ускорeния теплоносителю газлифта до выброса теплоносителя газлифта из по меньшей мере одного инжекторного отверстия.

4. Забойная система по п. 1, дополнительно содержащая:

по меньшей мере один выступ, проходящий от стенки корпуса в кольцевую камеру.

5. Забойная система по п. 1, дополнительно содержащая:

пробку, выполненную и установленную с возможностью избирательного блокирования пути потока нефти разветвителя для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, под вставным инжекторным устройством.

6. Забойная система по п. 1, дополнительно содержащая пробку, выполненную и установленную с возможностью избирательного блокирования пути потока нефти эксплуатационной колонны над вставным инжекторным устройством.

7. Забойная система по п. 1, в которой по меньшей мере одно калиброванное отверстие инжектора ориентировано параллельно нефтяному каналу.

8. Забойная система по п. 1, в которой по меньшей мере одно калиброванное отверстие инжектора ориентировано под небольшим углом к нефтяному каналу.

9. Забойная система по п. 1, в которой по меньшей мере одно калиброванное отверстие инжектора расположено вверх по потоку от отклоняющегося участка нефтяного канала.

10. Забойная система по п. 1, в которой по меньшей мере одно калиброванное отверстие инжектора является кольцевым.

11. Способ интенсификации добычи нефти из нефтяного коллектора, в котором:

генерируют высокотемпературные под высоким давлением выхлопные газы из парогазогенератора в стволе скважины;

охлаждают высокотемпературные под высоким давлением выхлопные газы в теплообменнике в стволе скважины, функционально соединенном с парогенератором текучей средой для образования газового теплоносителя с высокой скоростью;

подают высокоскоростной газовый теплоноситель через ответвляющийся канал разветвителя для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, в кольцевую камеру, окружающую нефтяной канал через разветвитель для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, проходящий между нижним участком и верхним участком эксплуатационной колонны в стволе скважины, связанном с нефтяным коллектором; и

осуществляют нагнетание газового теплоносителя вверх из кольцевой камеры через по меньшей мере одно инжекторное отверстие в поток нефти из коллектора, проходящий через нефтяной канал.

12. Способ по п. 11, в котором дополнительно:

пропускают пробку через нефтяной канал на место ниже по меньшей мере одного калиброванного отверстия инжектора для блокирования потока нефти из коллектора.

13. Способ по п. 11, в котором нефтяной канал, кольцевая камера и по меньшей мере одно калиброванное отверстие инжектора расположены в корпусе, содержащем вставное инжекторное устройство, размещенное в разветвителе для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, при этом дополнительно удаляют разветвитель для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, через верхний участок эксплуатационной колонны после блокирования потока нефти из коллектора.

14. Способ по п. 12, в котором дополнительно размещают вставное инжекторное устройство в разветвителе для скважинного байпаса, обходящего УЭЦН, через верхний участок эксплуатационной колонны и удаление пробки.

15. Способ по п. 11, в котором дополнительно пропускают пробку через верхний участок эксплуатационной колонны на место установки над по меньшей мере одним калиброванным отверстием инжектора для блокирования эксплуатационной колонны над по меньшей мере одним калиброванным отверстием инжектора и направления газового теплоносителя в нижний участок эксплуатационной колонны.