Устройство для регулируемой закачки жидкости в нагнетательную скважину Российский патент 2025 года по МПК E21B43/20 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при поддержании пластового давления для регулируемой закачки жидкости в нагнетательные скважины.

Известна система закачки подземных вод в нефтяной пласт (патент на ПМ RU № 46808, МПК E21B 43/00, E21B 43/20, опубл. 27.07.2005, Бюл. № 21), включающая сообщающиеся водоводом водозаборную и нагнетательную скважины, погружной центробежный насос, причем водовод на устье нагнетательной скважины снабжен байпасным трубопроводом с фильтром и запорной арматурой, а на устье водозаборной скважины водовод оснащен трубопроводом с задвижкой, соединяющим водовод с затрубным пространством водозаборной скважины, при этом запорная арматура и задвижка выполнены с возможностью направления потока жидкости по водоводу из водозаборной скважины минуя фильтр в нагнетательную, а из нагнетательной скважины - через фильтр байпасного трубопровода в затрубное пространство водозаборной скважины.

Недостатком данной технического решения является то, что является использование в скважине дополнительного оборудования типа электрического насоса, что значительно усложняет, удорожает закачку и снижает межремонтный период ее работы по причине использования электронасоса, при этом данная установка ограничена в режимах регулирования закачки, которые зависят от характеристик электронасоса.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для разработки нефтяной залежи на неустановившемся циклическом режиме закачки (патент на RU № 2672365, МПК E21B 43/18, F16K 3/06, опубл 14.11.2018 Бюл. № 32), включающее нагнетательную скважину с устьевой запорной арматурой, включающей запорно-перепускное устройство с запорным элементом и НКТ, причем оно дополнительно снабжено станцией управления, запорно-перепускное устройство дополнительно снабжено приводом, запорный элемент выполнен с заданным количеством пропускных отверстий и с заданным размером диаметра этих пропускных отверстий с возможностью импульсной подачи жидкого рабочего агента в нагнетательную скважину в момент открытия пропускного отверстия после выдержки запорно-перепускного устройства в закрытом положении заданный интервал времени и с возможностью возвратно-поступательного движения, перемещаясь в процессе закачки рабочего агента от одного пропускного отверстия до другого, при этом пропускные отверстия выполнены одного или разного размера диаметра, станция управления включает в себя устройство управления, соединенное с приводом, и устройство управления представляет собой управляющий компьютер или управляющий контроллер с программным обеспечением.

Основным недостатком данного устройства является сложность, материалоемкость и, как следствие, высокая стоимость на изготовление, обслуживание и ремонт запорного элемента устройства и привода этого элемента, так как запорный элемент содержит в себе расположенные в одной плоскости пропускные отверстия и поворотный механизм, сообщенный через редуктор с приводом, который, в свою очередь, должен обеспечивать точный поворот запорного элемента для сообщения через соответствующее отверстие с колонной труб (НКТ) - подающим трубопроводом как в прямом, так и в реверсивном направлениях при помощи станцией управления, подающей управляющие сигналы на привод.

Техническим результатом является создание устройства для регулируемой закачки жидкости в нагнетательную скважину, позволяющего упростить конструкцию запорного элемента и привода, за счет равномерного размещения по окружности относительно оси пропускных отверстий и вращения привода только в одном направлении без реверса с одинаковым шагом (шагового электродвигателя) при каждом сигнале со станции управления.

Техническим решением является устройство для регулируемой закачки жидкости в нагнетательную скважину, включающее нагнетательную скважину с устьевой запорной арматурой, подающий трубопровод с запорно-перепускным устройством, оснащенным запорным элементом и приводом, соединенным с запорным элементом через редуктор и принимающим сигналы со станции управления, причем запорный элемент изготовлен с заданным количеством продольных пропускных отверстий и с заданным размером диаметра этих пропускных отверстий, выполненных с возможностью подачи жидкого рабочего агента в нагнетательную скважину в момент открытия соответствующего пропускного отверстия, после перемещения в процессе закачки рабочего агента от одного пропускного отверстия до другого.

Новым является то, что запорный элемент изготовлен в виде барабана с пропускными отверстиями, расположенными по окружности равномерно относительно оси поворота барабана, привод выполнен в виде шагового двигателя, вращающегося в одном направлении и обеспечивающего при помощи редуктора последовательное открытие пропускных отверстий по сигналу со станции управления.

Новым является также то, что пропускные отверстия изготовлены с возможностью установки жиклеров с тарированным центральным отверстием для регулировки пропускной способности соответствующих отверстий.

На фиг. 1 изображена упрощенная схема установки устройства для регулируемой закачки жидкости в нагнетательную скважину.

На фиг. 2 изображено запорно-перепускное устройство в продольном разрезе.

На фиг. 3 изображен разрез А-А фиг. 2.

На фиг. 4 изображен разрез Б-Б фиг. 2.

На фиг. 5 изображен общий вил запорного устройства – барабана.

Устройство для регулируемой закачки жидкости в нагнетательную скважину включает в себя нагнетательную скважину 1 (фиг. 1) с устьевой запорной арматурой 2, состоящей из подающего трубопровода 3 с запорно-перепускным устройством 4, оснащенным установленным в корпусе 5 (фиг. 2) запорным элементом – барабаном 6 (фиг. 2 и 5) и приводом 7 (фиг. 2), соединенным с барабаном 6 через редуктор 8 (фиг. 2 и 4), изготовленным в виде цепной (не показан) или зубчатой передачи и принимающим сигналы со станции управления 9 (фиг 1) через кабель 10. Барабан 6 (фиг. 2, 3 и 5) изготовлен с заданным количеством продольных пропускных отверстий 11 и с заданным размером диаметра D (фиг. 3) этих пропускных отверстий 11 для подачи жидкого рабочего агента по подающему трубопроводу 3 (фиг. 1) через устьевую арматуру 2 в нагнетательную скважину 1 в момент открытия соответствующего пропускного отверстия 11 (фиг. 2), после перемещения в процессе закачки рабочего агента от одного пропускного отверстия 11 (фиг. 2) до другого при помощи привода 7 с редуктором 8 (фиг. 2 и 4). При этом в барабане 6 (фиг. 3 и 5) пропускные отверстия 11 расположенными по переметну равномерно относительно оси 12 (фиг. 2 и 5) поворота барабана 6. Такая конструкция барабана 6 (фиг. 5) позволяет упростить его изготовление, обслуживание и ремонт, так как для этого достаточно токарного и сверлильного станков без специальных дорогостоящих станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Количество пропускных отверстий 11 в барабане 6 выбирается из необходимого количества регулировок пропускной способности устройства (обычно 3-5 пропускных отверстий 11), что определяется технологами, обслуживающими нагнетательную скважину 1 (фиг. 1) на данном месторождении (авторы на это не претендуют). Привод 7 (фиг. 2) применен в виде шагового электрического двигателя, вращающегося в одном направлении (без реверса и с одинаковым количеством вращений) и обеспечивающего при помощи редуктора 8 последовательное открытие пропускных отверстий 11 каждый раз по одинаковому сигналу через кабель 10 со станции управления 9 (фиг. 1). Для упрощения регулировки для регулировки пропускной способности соответствующих пропускных отверстий 11 за счет размера диаметра D (фиг. 3) рекомендуется их снабжать каждую соответствующим жиклером 13 (фиг. 2) с тарированным центральным отверстием 14 диаметром D (фиг. 3).

Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения и т.п., не влиявшие на работоспособность устройства для регулируемой закачки жидкости в нагнетательную скважину, на чертежах (фиг. 1-5) не показаны или показаны условно.

Устройство для регулируемой закачки жидкости в нагнетательную скважину собирается и применятся следующим образом.

В пропускные отверстия 11 (фиг. 5) барабана 6 вставляются неподвижно и фиксируются (прессом, герметикам, клеем или т.п.) при наличии соответствующие жиклеры 13 (фиг. 2) с тарированными отверстиями 14 диаметром D (фиг. 3). Барабан 6 (фиг. 2) вставляют в первую из частей (не показана) корпуса 5 запорно-перепускного устройства 4, с двух сторон для герметизации оснащая уплотнениями 15 и 16 из плотного полиуретана или вулканизированной резины, так, чтобы одно из пропускных отверстий 11 барабана 6 сообщалось с выпускным патрубком 17 этой части корпуса 5. После чего устанавливают другую часть (не показана) корпуса 5 так, чтобы выпускной патрубок 18 этой части корпуса 1 сообщался через пропускное отверстие 11 барабана 6 с выпускным патрубком 17 первой части корпуса 5, а ось 19 барабана 6 герметично вошла в камеру 20 другой части корпуса 5 под привод 7. На ось 19 и 21 соответственно барабана 6 и ротора привода 7 устанавливают (прессовой посадкой, шпоночным соединением, зубчатым соединением или т.п.) шестерни 22 (фиг. 4) и 23. При этом ось 19 (фиг. 5) соосна оси 12 поворота барабана 6. В камеру 20 (фиг. 2) устанавливают привод 7 так, чтобы шестерни 22 (фиг. 4) и 23 совместились, образуя редуктор 8. После чего камеру 20 (фиг. 2) другой части корпуса 5 закрывают крышкой (не показана), выводя наружу кабель 10, получая запорно-перепускное устройство 4 в сборе.

Запорно-перепускное устройство 4 (фиг. 2) в сборе при помощи патрубков 17 и 18 вставляют в разрыв подающего трубопровода 3 (фиг. 1), сообщенного через устьевую арматуру 2 с нагнетательной скважиной 1, а кабель соединяют со станции управления 9. По подающему трубопроводу 3 закачивают жидкость (воду, минеральную воду, раствор кислоты или т.п.) в нагнетательную скважину 1 через запорно-перепускное устройство 4, в котором жидкость из входного патрубка 18 (фиг. 2) корпуса 5 через одно из пропускных отверстий 11 барабана 6 протекает в выходной патрубок 17. Для изменения количества закачиваемой жидкости в нагнетательную скважину 1 (фиг. 1) необходимо изменить сопротивление в запорно-перепускном устройстве 4, для чего необходимо изменить диаметр D (фиг. 3) пропускного отверстия 11, через которое протекает жидкость. Станция управления 9 (фиг. 1) по программе или по включению обслуживающим персоналом, работающим на нагнетательной скважине 1, генерирует одинаковые один или несколько (для двух и более изменений сопротивления потоку жидкости) управляющих сигналов, передающихся по кабелю 10 на привод 7 (фиг. 2), ось 21 ротора которого повернется один или несколько раз, через редуктор 8 и ось 19 передается на барабан 6. В результате входной 18 и выходной 17 патрубки сообщаются через другое из пропускных отверстий 11 с соответствующим пропускным диаметром D (фиг. 3), изменяя сопротивление потоку жидкости и регулируя количество закачиваемой жидкости по подающему трубопроводу 3 (фиг. 1) через устьевую арматуру 2 в нагнетательную скважину 1. При необходимости изменения сопротивления запорно-перепускного устройства 4 станция управления 9 генерирует следующие управляющие сигналы до получения необходимого сопротивления потоку жидкости.

Предлагаемое устройство для регулируемой закачки жидкости в нагнетательную скважину позволяет упростить конструкцию запорного элемента-барабана и привода за счет равномерного размещения по окружности пропускных отверстий относительно оси барабана и вращения привода только в одном направлении без реверса с одинаковым шагом (шагового электродвигателя) при каждом сигнале со станции управления.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при поддержании пластового давления для регулируемой закачки жидкости в нагнетательные скважины. Устройство для регулируемой закачки жидкости в нагнетательную скважину включает нагнетательную скважину с устьевой запорной арматурой, подающий трубопровод с запорно-перепускным устройством, оснащенным запорным элементом и приводом, соединенным с запорным элементом через редуктор и принимающим сигналы со станции управления. Запорный элемент изготовлен с заданным количеством продольных пропускных отверстий и с заданным размером диаметра этих пропускных отверстий, выполненных с возможностью подачи жидкого рабочего агента в нагнетательную скважину в момент открытия соответствующего пропускного отверстия, после перемещения в процессе закачки рабочего агента от одного пропускного отверстия до другого. Запорный элемент изготовлен в виде барабана с пропускными отверстиями, расположенными по окружности равномерно относительно оси поворота барабана. Привод выполнен в виде шагового двигателя, вращающегося в одном направлении и обеспечивающего при помощи редуктора последовательное открытие пропускных отверстий по сигналу со станции управления. Предлагаемое устройство позволяет упростить конструкцию запорного элемента-барабана и привода за счет равномерного размещения по окружности пропускных отверстий относительно оси барабана и вращения привода только в одном направлении без реверса с одинаковым шагом при каждом сигнале со станции управления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для регулируемой закачки жидкости в нагнетательную скважину, включающее нагнетательную скважину с устьевой запорной арматурой, подающий трубопровод с запорно-перепускным устройством, оснащенным запорным элементом и приводом, соединенным с запорным элементом через редуктор и принимающим сигналы со станции управления, причем запорный элемент изготовлен с заданным количеством продольных пропускных отверстий и с заданным размером диаметра этих пропускных отверстий, выполненных с возможностью подачи жидкого рабочего агента в нагнетательную скважину в момент открытия соответствующего пропускного отверстия, после перемещения в процессе закачки рабочего агента от одного пропускного отверстия до другого, отличающееся тем, что запорный элемент изготовлен в виде барабана с пропускными отверстиями, расположенными по окружности равномерно относительно оси поворота барабана, привод выполнен в виде шагового двигателя, вращающегося в одном направлении и обеспечивающего при помощи редуктора последовательное открытие пропускных отверстий по сигналу со станции управления.

2. Устройство для регулируемой закачки жидкости в нагнетательную скважину по п. 1, отличающееся тем, что пропускные отверстия изготовлены с возможностью установки жиклеров с тарированным центральным отверстием для регулировки пропускной способности соответствующих отверстий.