СПОСОБ ГОМОГЕНИЗАЦИИ НЕФТИ В МЕЖТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ СКВАЖИНЫ Российский патент 2021 года по МПК E21B43/00 B01F13/00 

Предлагаемое изобретение предназначено для повышения эффективности работы глубинно-насосного оборудования нефтедобывающих и водозаборных скважин и может использоваться в нефтедобывающей промышленности.

По мнению большинства ученых в межтрубном пространстве нефтедобывающих скважин с глубинно-насосным оборудованием находится нефть с незначительным содержанием попутной воды. В книге Разработка нефтяных месторождений. Т.2. Эксплуатация добывающих и нагнетательных скважин. / Под ред. Н.И. Хисамутдинова, Г.З. Ибрагимова. - Москва: ВНИИОЭНГ, 1994. - 272 с. [1] на странице 205 подробно описано состояние этой нефти - в рассматриваемой зоне скважины существуют два разнонаправленных движения нефти. Вверх до динамического уровня поднимается легкая газонасыщенная нефть, а вниз в сторону глубинного насоса опускается дегазированная и более тяжелая нефть. Газонасыщенная нефть является той частью пластовой нефти, которая не поступила в приемные отверстия фильтра глубинного насоса из-за превышения притока нефти в скважину из пласта над производительностью насоса. Каждая порция газонасыщенной нефти доставляет в газовое пространство скважины порцию попутного нефтяного газа, в связи с этим давление над динамическим уровнем растет. При неисправности устьевого перепускного клапана повышение давления газа в МП ведет к приближению динамического уровня к глубинному насосу. Постепенно содержание свободного газа на приеме насоса растет, превышает критические для многих типов электроцентробежных насосов 25-30% от общего состава газожидкостного смеси. Происходит срыв подачи жидкости на первых рабочих колесах ЭЦН, автоматика защиты установки выводит погружной электродвигатель и насос из эксплуатации.

На естественный вопрос о том, почему в двух потоках нефти их значения газонасыщенности не выравниваются, ведь они находятся в тесном и непосредственном контакте, авторы книги [1] отвечают тем, что времени этого контакта недостаточно для стабилизации и гомогенизации нефти в МП по компонентному составу. При смешении этих двух разнонаправленных потоков нефти произойдет гомогенизация нефти, выравнивание ее плотности по всему сечению кольцевого межтрубного пространства. Это снизит движение газонасыщенной нефти вверх, снизится и поступление газа в газовое пространство. По нашему мнению, определенным решением описанной и существующей сегодня в скважинной добыче нефти проблемы является гомогенизация нефти в МП.

В скважинных условиях в устьевой зоне гомогенизация добываемой продукции достигается с помощью турбулизатора по патенту РФ на изобретение №2483213 (опубл. 27.05.2013, бюл. №15). Устройство устанавливают перед пробоотборником для получения периодических и представительных проб жидкости согласно требований ГОСТ 2517-85 Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб. Турбулизатор предназначен для смешивания газожидкостного состава по всему сечению выкидной линии устьевой арматуры скважины и конструктивно не рассчитан на эксплуатацию в кольцевом пространстве межтрубного пространства.

В качестве прототипа к заявляемому способу рассмотрен патент РФ №2427410 на изобретение «Узел обессоливания нефти» (опубл. 27.08.2011, бюл. №24), по которому предложено перемешивать трубопроводную нефть с помощью двух лопастных решеток, задающих протекающей нефти разные направления вращения относительно оси трубопровода. В условиях кольцевого пространства скважины устройство конструктивно будет иметь узкую ширину и высоту лопастных решеток, поэтому движение нефти вертикально вверх или вниз не преобразуется в необходимое винтообразное движение.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание в кольцевом пространстве скважины от глубинного насоса до динамического уровня однородного состава из нефти и газовой составляющей для снижения массового расхода газированной нефти вверх по межтрубному пространству, а значит и снижения поступления попутного нефтяного газа в газовое пространство, находящееся выше динамического уровня жидкости.

Поставленная задача решается по способу гомогенизации нефти в межтрубном пространстве скважины, который заключается в организации вращательного движения нефти в одном направлении и смене аналогичного движения в противоположном направлении при сохранении одностороннего поступательного движения относительно оси трубопровода, в скважине реализуется тем, что от глубинного насоса до динамического уровня жидкости минимально возможного значения равномерно по длине колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) на трубы устанавливают рядом и впритык пары спиралеобразных муфт с максимально возможным внешним диаметром, одна из которых организует поступательное движение нефти в межтрубном пространстве путем вращения по спирали в одном направлении по окружности, например, по часовой стрелке, а вторая организует аналогичное движение нефти путем вращения в обратном направлении (против часовой стрелки).

Муфты с функцией гомогенизации закрепляют ниже муфтового соединения колонны НКТ и фиксируют в неподвижности с трубой с помощью кольца.

Схематично реализация способа приведена на фиг. 1, где условно обозначены: 1 - обсадная колонна, 2 - колонна НКТ, 3 - муфтовое соединение НКТ, 4 - муфта с движением флюидов в одну сторону относительно оси НКТ, 5 - муфта с движением флюидов в противоположную сторону относительно оси НКТ, 6 - электроцентробежный насос (ЭЦН) с погружным электродвигателем, 7 - динамический уровень жидкости, 8 - электропитающий кабель ЭЦН, 9 - станция управления ЭЦН, 10 - кольцо-фиксатор.

Муфта с функцией гомогенизации выполняется как стальное цельное и полое тело цилиндрической формы со спиралеобразной канавкой в виде винта Архимеда с внешней стороны и имеющее максимально возможный внешний диаметр для того чтобы зазор между муфтой и обсадной колонны был минимально допустимым для исключении свободного вертикального перемещений нефти по кольцевому пространству.

В паре один из этих устройств должен закручивать флюиды (нефть с большим или меньшим количеством газа) в одну сторону, а второй - в противоположную сторону. Это необходимо для того, чтобы исключить разнонаправленное и линейное движение нефти вверх и вниз по кольцевому пространству скважины, описанное в работе [1]. Это достигается благодаря действию двух факторов:

- движение нефти по спирали в несколько раз повышает время контактирования легкой нефти с большим содержанием ПНГ и тяжелой нефти без газа, это способствует выравниванию встречных нефтей по плотности и газосодержанию;

- при резком повороте нефти с одного вращательного направления на другой ускоряются массообменные процессы в потоках нефти за счет жидкостного трения в горизонтальной плоскости.

Способ реализуется в следующей последовательности.

1. Равномерно от глубинного насоса до минимально возможного значения динамического уровня нефти в МП по колонне НКТ устанавливают несколько пар спиралеобразных муфт с гомогенизирующим эффектом.

2. Глубинный насос пускают в эксплуатацию. В начальный период эксплуатации скважины динамический уровень будет понижаться от устья скважины из-за эффективной работы насоса и слабого притока жидкости из продуктивного пласта. Более тяжелая жидкость (нефть или задавочная жидкость) будет по спирали опускаться вниз.

3. В определенный момент эксплуатации скважины навстречу будет также по спирали подниматься легкая газированная нефть и сталкиваться с более тяжелой жидкостью, идущей сверху вниз.

4. Небольшая часть легкой или, наоборот, тяжелой нефти будет вертикально перемещаться по кольцевому пространству зазора между обсадной колонной 1 и парой муфт 4 и 5. Эта порция жидкости также будет вовлечена в процесс перемешивания (гомогенизации) благодаря тому, что в кольцевом пространстве на стыке двух муфт 4 и 5 происходит встреча сразу трех разнонаправленных потоков: два спиралеобразных, то есть под определенным углом к горизонту сверху и снизу и третий - вертикально вверх или вниз.

5. Благодаря описанной турбулизации и гомогенизации флюидов в межтрубном пространстве поступление ПНГ в газовое пространство значительно уменьшится, а безаварийные период эксплуатации глубинного насоса ощутимо вырастет. В этом, заявители, и видят положительный технический эффект от применения изобретений на скважинах с высоким газовым фактором.

Количество спиралеобразных гомогенизирующих муфт для каждой скважины подбирается в индивидуальном порядке.

По заявленному изобретению предложена организация перемешивания двух потоков нефти и достижения однородного состава нефти с одной плотностью и газосодержанием. В такой нефти не возникнет условия для всплытия более легкой нефти в среде тяжелой нефти по закону Архимеда ввиду отсутствия нефти с различными свойствами.

Существенным отличием, на наш взгляд, в предложенном изобретении является то, что даже при наличии узкого кольцевого зазора между спаренными спиралеобразными муфтами и обсадной колонной происходит эффективное смешение потоков нефти различного газосодержания.

Изобретение предназначено для применения в нефтедобывающих и водозаборных скважинах, продукция которых характеризуется повышенным содержанием попутного нефтяного или иного газа. Может быть использовано в нефтедобывающих компаниях для повышения эффективности эксплуатации глубинного насосного оборудования, например электроцентробежных насосных установок. Способ заключается в организации вращательного движения нефти в одном направлении и смене аналогичного движения в противоположном направлении при сохранении одностороннего поступательного движения относительно оси трубопровода, причем от глубинного насоса до минимально возможного значения динамического уровня нефти в межтрубном пространстве равномерно по длине колонны насосно-компрессорных труб на трубы устанавливают рядом и впритык пары спиралеобразных муфт с максимально возможным внешним диаметром, при котором зазор между муфтой и обсадной колонной минимально допустим, одна из которых организует поступательное движение нефти в межтрубном пространстве путем вращения по спирали в одном направлении по окружности, а вторая организует аналогичное движение путем вращения нефти в обратном направлении, причем муфты с функцией гомогенизации устанавливают ниже соединительной муфты колонны труб и фиксируют неподвижно с трубой с помощью кольца. Положительный эффект достигается тем, что в узком кольцевом пространстве на стыке двух муфт происходит турбулизация и гомогенизация трех возможных потоков нефти: двух встречных с вращательным движение и линейного движения нефти по узкому кольцевому пространству. Гомогенизация нефти обеспечивает снижение поступления порций попутного нефтяного газа в газовое пространство, исключает быстрое повышение давления газа над динамическим уровнем и способствует длительной и безаварийной работе глубинного насоса. 1 ил.

Способ гомогенизации нефти в межтрубном пространстве скважины, заключающийся в организации вращательного движения нефти в одном направлении и смене аналогичного движения в противоположном направлении при сохранении одностороннего поступательного движения относительно оси трубопровода, отличающийся тем, что от глубинного насоса до минимально возможного значения динамического уровня нефти в межтрубном пространстве равномерно по длине колонны насосно-компрессорных труб на трубы устанавливают рядом и впритык пары спиралеобразных муфт с максимально возможным внешним диаметром, при котором зазор между муфтой и обсадной колонной минимально допустим, одна из которых организует поступательное движение нефти в межтрубном пространстве путем вращения по спирали в одном направлении по окружности, а вторая организует аналогичное движение путем вращения нефти в обратном направлении, причем муфты с функцией гомогенизации устанавливают ниже соединительной муфты колонны труб и фиксируют неподвижно с трубой с помощью кольца.