Скважинная установка сброса воды Российский патент 2025 года по МПК E21B43/38 E21B43/12 B01D17/00 

Заявляемое техническое решение относится к области оборудования для нефтедобывающей промышленности, а именно к установкам для раннего разделения продукции нефтяных скважин на нефть и воду в напорных системах герметизированного сбора.

При подъеме обводненной нефти от забоя скважины до ее устья и движении по нефтепромысловым коммуникациям происходит непрерывное перемешивание нефти с водой, сопровождаемое образованием водонефтяных эмульсий.

На поздних стадиях разработки нефтяных месторождений с применением заводнения растет обводненность продукции скважин, во многих случаях достигая 90% и более. При этом существенно возрастают эксплуатационные затраты на добычу нефти, поскольку значительная часть электроэнергии тратится на подъем и последующую утилизацию воды. Так же с ростом обводненности продукции добывающих скважин, наравне с увеличением объемов добычи, происходит рост нагрузки на оборудование существующих дожимных насосных станций, установок предварительного сброса воды, установок промысловой подготовки нефти. Обозначенная проблема требует создания технологий и технических средств, которые направлены на обеспечение раннего сбора и утилизации пластовых вод. При этом актуальной является проблема максимально возможного отделения воды от водонефтяной жидкости с обеспечением ее технологически приемлемого качества для использования в нагнетательных скважинах.

Для указанных целей было предложено использовать скважины, выведенные из эксплуатации, организуя из них скважины для сброса воды. Установка сброса воды в скважинном исполнении занимает минимальную площадь и не требует дополнительного землеотвода.

Из уровня техники (Патент РФ №2252312) известна сепарационная установка, содержащая колонну с трубопроводами подвода водонефтяной эмульсии и отвода нефти и воды. Известная установка снабжена пакером в скважине, в которой расположена колонна. Трубопровод подвода водонефтяной эмульсии подсоединен тангенциально к верхней части колонны с возможностью закручивания водонефтяной эмульсии и ее разделения под действием центробежных сил на нефть и воду. Нижняя часть колонны открыта. Трубопровод отвода нефти расположен внутри колонны. Трубопровод отвода воды образован внутренней поверхностью скважины и наружной поверхностью колонны и подсоединен к устью скважины.

Недостатком данной установки является недостаточное качество подготовки воды, так как не производится доочистка сброшенной воды от твердых взвешенных частиц.

Также известна скважинная установка сброса воды, содержащая скважину, заглушенную пакером, в которой расположены трубная вставка и в ней - внутренняя колонна, нижний конец внутренней колонны расположен на уровне или глубже нижнего конца трубной вставки, патрубок подвода продукции скважин подсоединен к устью скважины или трубной вставке, патрубок отвода воды подсоединен к внутренней колонне, патрубок отвода нефти подсоединен к трубной вставке или к скважине /Скважинная установка сброса воды для кустов скважин /В.Ф.Шаякберов// Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. М.: ОАО «ВНИИОЭНГ». 2009. №3. С.15-16/.

Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность по качеству сбрасываемой воды из-за повышенного содержания нефтепродуктов и твердых взвешенных частиц.

Известна скважинная установка сброса воды (патент РФ №91883), которая состоит из следующих конструктивных элементов. Установка содержит скважину, заглушенную пакером, в скважине расположены трубная вставка и патрубок, нижний конец патрубка расположен на уровне или глубже нижнего конца трубной вставки, трубопровод подвода продукции скважин подсоединен к устью скважины или трубной вставке, трубопровод отвода воды из патрубка, трубопровод отвода нефти, подсоединенный к скважине или трубной вставке. При этом, если трубопровод подвода продукции скважин подсоединен к трубной вставке, то трубопровод отвода газа подсоединен к верхней точке трубной вставки; если трубопровод подвода продукции скважин подсоединен к скважине, то трубопровод отвода газа подсоединен к верхней точке скважины, установка содержит дополнительно узел предварительного отбора газа, установленный на трубопроводе подвода продукции скважин, причем узел предварительного отбора газа соединен газовым патрубком с трубопроводом отвода газа. Узел предварительного отбора газа выполнен в виде прямого отрезка трубы с горизонтальной осью, диаметр отрезка не меньше диаметра трубопровода подвода продукции скважин, торцы прямого отрезка трубы соединены с трубопроводом подвода продукции скважин, газовый патрубок подсоединен к верхней поверхности прямого отрезка трубы. Выход патрубка расположен внутри вертикальной колонны, заглушенной с торцов, трубопровод отвода воды подсоединен к боковой поверхности колонны ниже выходного отверстия патрубка. К верхней точке колонны подсоединена свеча рассеивания. Выход патрубка расположен внутри цилиндрического экрана, открытого с торцов, причем входное отверстие в трубопровод отвода воды расположено выше нижнего конца цилиндрического экрана.

Недостатки: недостаточный внутренний объем эксплуатационной колонны скважины для качественного динамического отстоя жидкости и недостаточная производительность установки.

Из патента РФ №2516171 известна скважинная сепарационная установка, которая содержит установленную в скважине сепарационную камеру с трубопроводом подвода водонефтяной смеси, трубопроводы отвода воды и нефти с входными отверстиями. Сепарационная камера выполнена в виде внутренней полости герметичной скважины. При этом трубопровод подвода водонефтяной смеси спущен в сепарационную камеру на глубину, определяемую расстояниями от его нижнего конца до входных отверстий трубопроводов отвода воды и нефти, позволяющих отводить из сепарационной камеры в постоянном режиме воду и нефть в объемах, которые соответствуют обводненности водонефтяной смеси с учетом скорости всплытия нефти в воде. Недостатками указанной известной установки являются те же, что и у предыдущего аналога, а именно: недостаточный внутренний объем эксплуатационной колонны скважины для качественного динамического отстоя жидкости и недостаточная производительность установки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является техническое решение, известное из патента РФ №106845 «Скважина для сброса воды», которая содержит бездействующую скважину, оснащенную обсадной колонной и заглушенную пакером. В скважине расположены трубная вставка и внутренняя колонна, нижний конец внутренней колонны расположен на уровне или глубже нижнего конца трубной вставки, патрубок подвода водонефтяной эмульсии подсоединен к устью скважины или трубной вставке, патрубок отвода воды соединен с внутренней колонной, патрубок отвода нефти подсоединен к трубной вставке или скважине. При этом патрубок отвода воды соединен байпасом с патрубком отвода нефти, на байпасе и на патрубке отвода воды после соединения с байпасом выполнены задвижки, причем патрубок отвода воды до соединения с байпасом снабжен пробоотборником. На патрубке отвода воды до байпаса и на патрубке отвода нефти расположены регулирующие задвижки. Узлы, расположенные на поверхности, выполнены полностью или частично теплоизолированными. Узлы, расположенные на поверхности, выполнены с возможностью полного или частичного обогрева. Соединение патрубка отвода воды байпасом с патрубком отвода нефти позволяет отводить сброшенную воду при ее недостаточном качестве в патрубок отвода нефти, исключая этим ее попадание в систему поддержания пластового давления (ППД). Выполнение на байпасе и на патрубке отвода воды после соединения с байпасом задвижек позволяет отводить сброшенную воду в зависимости от ее качества в систему ППД или в патрубок отвода нефти.

Однако данная известная установка является достаточной сложной по конструкции и не обеспечивает приемлемое качество сбрасываемой воды за один цикл закачки-отвода. Это снижает эффективность установки.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в обеспечении приемлемого качества всего объема сбрасываемой воды за один цикл прокачки за счет снижения содержания в ней механических и нефтесодержащих примесей, при одновременном снижении обводненности обрабатываемой водонефтяной жидкости не менее, чем на 40%.

Дополнительным техническим результатом является повышение эффективности процесса сброса воды и упрощение конструкции, что повышает ее надежность.

Поставленный технический результат достигается предлагаемой скважинной установкой сброса воды, включающей бездействующую скважину, оснащенную обсадной колонной, трубную вставку, имеющую нижний конец с открытым торцем и размещенную коаксиально с обсадной колонной скважины, патрубок отвода воды, размещенный внутри трубной вставки, трубопровод отвода нефти и трубопровод подвода водонефтяной жидкости, при этом трубопровод подвода водонефтяной жидкости гидравлически соединен с трубной вставкой, а трубопровод отвода нефти гидравлически соединен с межтрубным пространством между трубной вставкой и обсадной колонной скважины, при этом новым является то, что в качестве патрубка отвода воды установка содержит колонну насосно-компрессорных труб НКТ, снабженную в нижней части насосным агрегатом и содержащую зону перфорации над указанным насосным агрегатом, при этом установка дополнительно содержит щеточный фильтр, установленный в межтрубном пространстве между НКТ и обсадной колонной, причем указанный щеточный фильтр размещен ниже нижнего конца трубной вставки с открытым торцем на расстоянии не менее 500 м, но выше зоны перфорации НКТ, также установка дополнительно снабжена кабелем для электропитания насосного агрегата, размещенным в межтрубном пространстве между трубной вставкой и обсадной колонной скважины, при этом глубина бездействующей скважины составляет не менее 1200 м, а трубопровод подвода водонефтяной жидкости выполнен с возможностью закачки в скважину не более 350 м³/сут.

В качестве насосного агрегата она содержит электроцентробежный насос.

В качестве кабеля она содержит кабель с нагревательной функцией.

В качестве водонефтяной жидкости используют жидкость с обводненностью не менее 90%.

Трубопровод подачи водонефтяной жидкости дополнительно снабжен узлом подачи деэмульгатора.

Указанный технический результат достигается за счет следующего.

Следует пояснить, что технологически процесс сброса воды в предлагаемой установке происходит следующим образом. При закачке водонефтяной жидкости в трубную вставку и до ее выхода из трубной вставки происходит деление водонефтяной жидкости на нефть и воду под действием гравитационной силы. Нефть всплывает вверх в кольцевой полости, образованной внешней поверхностью трубной вставки и внутренней поверхностью скважины, откуда отводится трубопроводом отвода нефти. Вода стекает вниз по стволу скважины, проходит через щеточный фильтр и откачивается посредством насоса по колонне НКТ, откуда поступает в трубопровод отвода воды.

Благодаря тому, что в качестве патрубка отвода воды установка содержит колонну насосно-компрессорных труб (далее - НКТ), снабженную в нижней части насосным агрегатом и содержащую зону перфорации над указанным насосным агрегатом, обеспечивается возможность технологически отводить воду на поверхность скважины.

Благодаря наличию в конструкции установки именно щеточного фильтра, установленного в межтрубном пространстве между НКТ и обсадной колонной, обеспечивается эффективная очистка воды от примесей и одновременно с этим обеспечивается эффективное гравитационное расслоение водонефтяной жидкости благодаря развитой поверхности щеточных дисков фильтра. Щеточный фильтр состоит из прочных нейлоновых щеток, установленных на вращающемся валу из нержавеющей стали (https://oil-fflters.ru/brush_filters/). Известно, что на эффективность отстаивания нефти влияет площадь поверхности отстаивания. А развитые поверхности дисков именно щеточного фильтра и могут обеспечивать такое увеличение площади.

Причем указанный эффект усиливается за счет того, что указанный фильтр размещен ниже трубной вставки на расстоянии не менее 500 м, но выше зоны перфорации НКТ. Экспериментальным путем (моделирование в лабораторных условиях процесса сброса воды) установлено, что заявляемое расстояние является оптимальным для достижения указанных технических результатов. Это, по-видимому, может быть объяснено тем, что преодоление водонефтяной жидкости именно этого расстояния обеспечивает дополнительное гравитационное расслоение воды от нефти, которое будет усилено благодаря щеткам фильтра. В результате будет достигнуто снижение обводненности обрабатываемой водонефтяной жидкости не менее, чем на 40%, при одновременном достаточно эффективном удалении мехпримесей из сбрасываемой воды. Размещение фильтра на расстоянии менее 500 м от трубной вставки является технологически нецелесообразным, т.к. не обеспечит необходимое качество воды за одну закачку-откачку.

Также на эту цель работает тот факт, что глубина бездействующей скважины должна составлять не менее 1200 м и трубопровод подвода водонефтяной жидкости должен быть выполнен с возможностью закачки в скважину не более 350 м³/сут. Эти параметры установлены экспериментальным путем и объясняются, например, тем, что свободный объем в скважине, в которой производится разделение, зависит от глубины скважины. Для традиционной скважины, например, с эксплуатационной колонной 146 мм и спущенной в нее НКТ диаметром 73 мм свободный объем составит 15 м³. Для отделения максимально большого количества пластовой воды необходимо использовать бездействующие скважины с максимально возможным свободным объемом. Однако было установлено, что оптимальным вариантом эффективного разделения воды от нефти в скважине глубиной от 1200 м является не произвольный объем закачиваемой водонефтяной жидкости, а именно, не более 350 м³/сут. По-видимому, это обусловлено соотношением поверхности разделения и скорости всплытия, а также осаждения частиц в водонефтяной жидкости.

Снабжение предлагаемой установки кабелем (в оптимальном варианте кабелем с нагревательной функцией), позволяет обеспечить электропитание скважинного насоса, в качестве которого можно использовать погружной электроцентробежный насос (УЭЦН). При этом использование кабеля с нагревательной функцией позволит еще в большей степени обеспечить эффективное разделение жидкости на нефть и воду, а также позволит предотвратить осаждение асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) на оборудовании заявляемой установки.

Следует подчеркнуть, что указанная совокупность признаков в формуле изобретения находится в конструктивном единстве для предлагаемого технического решения, и исключение хотя бы одного из них нарушит это единство, т.к. представляет собой один объект в виде единой конструкции, конструктивные элементы которой соединены, сочленены между собой и в соединении обеспечивают реализацию предлагаемым устройством общего функционального назначения при эксплуатации, т.е. обеспечение приемлемого качества всего объема сбрасываемой воды за один цикл прокачки за счет снижения содержания в ней механических и нефтесодержащих примесей, при одновременном снижении обводненности обрабатываемой водонефтяной жидкости не менее, чем на 40%.

Таким образом, предлагаемое изобретение характеризуется совокупностью взаимообусловленных признаков, которые все участвуют в обеспечении достижения технического результата, т.к. этот результат проявляется только при использовании этого технического решения в целом.

Кроме того, любые определения, использующиеся в настоящей заявке, следует рассматривать как поясняющие, но не как ограничивающие.

Предлагаемая скважинная установка сброса воды иллюстрируется чертежами, где на Фиг. 1 представлена общая компоновка установки, на Фиг. 2 - конструкция щеточного фильтра в разрезе.

Заявляемая установка содержит бездействующую скважину (1), оснащенную обсадной колонной (2). При этом глубина бездействующей скважины составляет не менее 1200 м, внутри обсадной колонный (2) коаксиально установлена трубная вставка (3) с открытым нижним торцем. Внутри трубной вставки (3) размещена колонна НКТ (4), выполняющая функцию трубопровода отвода отделившейся воды. Установка также содержит трубопровод (5) отвода отделившейся нефти и трубопровод (6) подвода водонефтяной жидкости, причем трубопровод (6) подвода водонефтяной жидкости гидравлически соединен с трубной вставкой (3), а трубопровод (5) отвода нефти гидравлически соединен с межтрубным пространством (7) между трубной вставкой (3) и обсадной колонной (2) скважины (1). Причем трубопровод (6) подвода водонефтяной жидкости выполнен с возможностью закачки в скважину не более 350 м³/сут. Также указанный трубопровод (6) в одном из вариантов может быть дополнительно снабжен узлом подачи деэмульгатора (на чертеже не показан). Колонна НКТ (4) снабжена в нижней части насосным агрегатом (8) (например, насос УЭЦН) и содержит зону перфорации (9) над указанным насосным агрегатом. Установка также содержит щеточный фильтр (10) (например, марки ФС-ОРД), установленный в межтрубном пространстве (7) между НКТ (4) и обсадной колонной (2). Причем указанный щеточный фильтр (10) размещен ниже трубной вставки (3) на расстоянии не менее 500 м, но выше зоны перфорации (9) НКТ. Установка снабжена кабелем (И) в скважинном исполнении для электропитания насоса (8), размещенным в межтрубном пространстве между трубной вставкой (3) и обсадной колонной (2) скважины. В качестве указанного кабеля (И), может быть использован, например, нагревательный кабель марки КЭСБП-230-4.

На фиг.2 показана конструкция щеточного фильтра в разрезе. Щеточный фильтр (10) соединяется с колонной НКТ ниппельным резьбовым соединением (13). Выполнен фильтр из пакета щеточных дисков (14), так как щеточный фильтр занимает все пространство между стенками НКТ и обсадной колонны в его боковой части выполнено отверстие (15), соответствующее по форме броне кабеля (И), пропущенного для питания погружного насоса (8).

Принцип работы предлагаемой установки следующий.

По трубопроводу (6) внутрь трубной вставки (3) скважины (1) подается водонефтяная жидкость с обводненностью 90% и более. При одном из преимущественных вариантов в эту водонефтяную жидкость может быть произведено дозирование деэмульгатора, например, марки Сондем-4403. При прохождении ее по кольцевому пространству между внутренними стенками трубной вставки (3) и стенками НКТ (4) происходит частичное гравитационное разделение смеси на нефть и отделившуюся воду. Учитывая разность плотностей воды и нефти, последняя по межтрубному пространству (7) поступает в трубопровод (5) отвода нефти, откуда поступает на пункт подготовки нефти. Отделившаяся вода устремляется вниз и, проходя через щеточный фильтр (10), очищается от примесей и одновременно происходит дополнительное отделение от нее нефти (отделившаяся при этом на фильтре нефть также уходит вверх в межтрубное пространство (7)). Вода через перфорации (9) откачивается насосом (8) в колонну НКТ (4) и далее на поверхность в трубопровод (12) отвода отделившейся воды (далее она может быть использована в нагнетательных скважинах).

Предлагаемая установка была опробована в промысловых условиях на двух скважинах. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Для более эффективного разделения водонефтяной жидкости рекомендуется применять в преимущественном варианте деэмульгатор, например, марки Сондем-4403, с расходом 20 г/т.

Таким образом, предлагаемая скважинная установка сброса воды позволит:

повысить производительность скважин за счет эффективности гравитационного расслоения водонефтяной жидкости на нефть и воду на развитой поверхности щеточных дисков фильтра;

- увеличить степень очистки продукта (воды) от примесей;

- в преимущественном варианте предотвратить эрозионное разрушение и коррозию внутренней поверхности колонны НКТ благодаря защите верхней части колонны от образования АСПО, а также улучшить процесс разделения водонефтянной эмульсии благодаря нагреву жидкости.

Изобретение относится к установкам для раннего разделения продукции нефтяных скважин на нефть и воду в напорных системах герметизированного сбора. Скважинная установка сброса воды включает бездействующую скважину, оснащенную обсадной колонной, трубную вставку, имеющую нижний конец с открытым торцом и размещенную коаксиально с обсадной колонной скважины, патрубок отвода воды, размещенный внутри трубной вставки, трубопровод отвода нефти и трубопровод подвода водонефтяной жидкости. Трубопровод подвода водонефтяной жидкости гидравлически соединен с трубной вставкой, а трубопровод отвода нефти гидравлически соединен с межтрубным пространством между трубной вставкой и обсадной колонной скважины. В качестве патрубка отвода воды установка содержит колонну насосно-компрессорных труб НКТ, снабженную в нижней части насосным агрегатом и содержащую зону перфорации над указанным насосным агрегатом. Установка дополнительно содержит щеточный фильтр, установленный в межтрубном пространстве между НКТ и обсадной колонной. Указанный щеточный фильтр размещен ниже нижнего конца трубной вставки с открытым торцом на расстоянии не менее 500 м, но выше зоны перфорации НКТ. Установка дополнительно снабжена кабелем для электропитания насосного агрегата, размещенным в межтрубном пространстве между трубной вставкой и обсадной колонной скважины. Глубина бездействующей скважины составляет не менее 1200 м, а трубопровод подвода водонефтяной жидкости выполнен с возможностью закачки в скважину не более 350 м³/сут. Технический результат – обеспечение приемлемого качества всего объема сбрасываемой воды за один цикл прокачки за счет снижения содержания в ней механических и нефтесодержащих примесей, при одновременном снижении обводненности обрабатываемой водонефтяной жидкости не менее чем на 40%. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Скважинная установка сброса воды, включающая бездействующую скважину, оснащенную обсадной колонной, трубную вставку, имеющую нижний конец с открытым торцом и размещенную коаксиально с обсадной колонной скважины, патрубок отвода воды, размещенный внутри трубной вставки, трубопровод отвода нефти и трубопровод подвода водонефтяной жидкости, при этом трубопровод подвода водонефтяной жидкости гидравлически соединен с трубной вставкой, а трубопровод отвода нефти гидравлически соединен с межтрубным пространством между трубной вставкой и обсадной колонной скважины, отличающаяся тем, что в качестве патрубка отвода воды установка содержит колонну насосно-компрессорных труб НКТ, снабженную в нижней части насосным агрегатом и содержащую зону перфорации над указанным насосным агрегатом, при этом установка дополнительно содержит щеточный фильтр, установленный в межтрубном пространстве между НКТ и обсадной колонной, причем указанный щеточный фильтр размещен ниже нижнего конца трубной вставки с открытым торцом на расстоянии не менее 500 м, но выше зоны перфорации НКТ, также установка дополнительно снабжена кабелем для электропитания насосного агрегата, размещенным в межтрубном пространстве между трубной вставкой и обсадной колонной скважины, при этом глубина бездействующей скважины составляет не менее 1200 м, а трубопровод подвода водонефтяной жидкости выполнен с возможностью закачки в скважину не более 350 м³/сут.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве насосного агрегата она содержит электроцентробежный насос.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве кабеля она содержит кабель с нагревательной функцией.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве водонефтяной жидкости используют жидкость с обводненностью не менее 90%.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что трубопровод подачи водонефтяной жидкости дополнительно снабжен узлом подачи деэмульгатора.