СКВАЖИННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ РАЗРАБОТКИ НЕСКОЛЬКИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ ИЗ ОДНОЙ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к скважинной разработке и эксплуатации многопластовых месторождений углеводородов, а именно к технологии и технике одновременно-раздельной эксплуатации нескольких эксплуатационных объектов (эксплуатационных пластов) одной скважиной, и может быть использовано для добычи углеводородов из скважины и/или нагнетания рабочего агента, и/или физико-химического воздействия на эксплуатационные объекты.
Технологические схемы одновременно-раздельной эксплуатации скважины классифицируют по количеству эксплуатируемых пластов; установки одновременно-раздельной эксплуатации такой скважины - по конструктивному оформлению; с концентрическими, параллельными и одноколонными рядами насосно-компрессорных труб (НКТ), а также с регулированием отбора пластовой жидкости по каждому объекту (пласту).
Одновременно-раздельная добыча нефти глубиннонасосным способом с использованием штанговых или погружных электроцентробежных насосов (ПЭД) осуществляется скважинными установками с параллельными рядами колонны НКТ (или один ряд колонны НКТ) по схемам с последовательно или параллельно соединенными насосами, а также, с одним насосом (в зависимости от условий эксплуатации предусмотрены многочисленные модификации указанных скважинных установок).
Таким образом, для скважинной установки одновременно-раздельной эксплуатации продуктивных пластов в обобщенном виде обязательно характерно наличие следующих основных узлов: колонны труб; погружных и/или штанговых насосов; пакера или пакеров для разобщения эксплуатационных объектов (пластов); электропроводящего и геофизического кабеля. Возможно наличие и других вспомогательных узлов.
Так, например, известна скважинная установка для одновременно-раздельной разработки нескольких эксплуатационных объектов одной скважиной (Патент РФ №59139), которая состоит из колонны труб, образующих ступени с одним или несколькими пакерами, одним или несколькими регулируемыми штудирующими устройствами. В каждой ступени установки установлены регулируемые штуцирующие устройства и контрольно-измерительные приборы с автоматическим дистанционным управлением, при этом каждая ступень установки снабжена, по крайней мере, одним электропроводящим кабелем, верхний конец которого подсоединен к дистанционному блоку управления на дневной поверхности, а нижний отвод кабеля соединен с вышеупомянутыми устройством и прибором, причем пакеры снабжены соединительным разъемом и/или герметизирующим устройством под кабель.
Однако известная установка не лишена недостатков, а именно, она не обеспечивает выпуск газа из приемов насоса и поэтому может использоваться эффективно только на скважинах с низким газовым фактором при значительном погружении насоса под динамические уровни продукции пластов. Кроме того, указанная скважинная установка не будет обеспечивать эффективную добычу при наличии вязких нефтей, ввиду сложности их откачки установкой данной конструкции.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сущности является установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине (варианты) с использованием штанговых насосов на месторождениях углеводородов с трудноизвлекаемыми запасами (Патент РФ №59138). Известная скважинная установка в обобщенном виде содержит следующие основные узлы: колонну труб, пакер, два штанговых насоса и погружной кабель, состоящий из токопроводящих жил и двух капиллярных трубок, и закрепленный на внешней поверхности указанной колонны труб. При этом указанный кабель подсоединен верхним концом к дистанционному блоку управления на дневной поверхности.
Однако известная скважинная установка характеризуется недостаточной эффективностью при эксплуатации нескольких пластов с вязким пластовым флюидом, а также в условиях парафинообложений в скважине. Это обусловлено тем, что с помощью этой установки возможна подача реагента - ингибитора асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО), а также при необходимости реагента-разжижителя через капиллярные трубки погружного кабеля только на нижний эксплуатационный объект (пласт), а в случае наличия таких вязких нефтей в вышележащем пласте обработку этого пласта скважинной установкой такой конструкции производить невозможно.
Кроме того, известная установка предусматривает использование двух кабелей для подсоединения датчиков измерения, соответственно для верхнего пласта и для нижнего. Такую конструкцию возможно использовать только при достаточно большом размере затрубья, а если скважина небольшого диаметра, то оба кабеля просто невозможно разместить в узком межтрубье. То есть известная установка имеет серьезные ограничения по эксплуатации в таких условиях.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в обеспечении при одновременно-раздельной эксплуатации скважины технических возможностей полного контроля за работой такой скважины, в том числе, малого диаметра, с использованием лишь одного кабеля для всех разрабатываемых эксплуатационных объектов, при одновременном повышении эффективности эксплуатации всех разрабатываемых пластов, характеризующихся различным газовым фактором, и/или вязкими пластовыми флюидами, и/или флюидами, склонными к парафинообразованию.
Поставленный технический результат достигается предлагаемой скважинной установкой для одновременно-раздельной разработки нескольких эксплуатационных объектов из одной скважины, включающей колонну труб, пакер, по меньшей мере, один насос, закрепленный на внешней поверхности указанной колонны труб электропроводящий кабель, состоящий из токопроводящих жил и полых каналов и подсоединенный верхним концом к блоку управления на дневной поверхности, при этом новым является то, что в качестве электропроводящего кабеля установка содержит плоский или выпукло-вогнутый нагревательный кабель с, по меньшей мере, двумя токопроводящими нагревательными элементами, с, по меньшей мере, одним, полым каналом, выполненным металлическим со слоем наружной полимерной оболочки или выполненным из полимерного материала, причем внешний диаметр указанного канала равен внешнему диаметру нагревательных элементов, а внутренний диаметр выполнен размером от 2 до 8 мм, а также с, по меньшей мере, одним сигнальным проводником, выполненным многопроволочным, причем токопроводящие нагревательные элементы, полые каналы и сигнальные проводники размещены под единой броней, нагревательные элементы верхним концом соединены с системой управлением нагревом, а нижняя их часть соединена в законцовку и изолирована, а полый канал имеет подключение в верхней части с оборудованием для подачи реагента в скважину или с выкидной линией, при этом сигнальный проводник имеет подключение к измерительным датчикам, размещенным как над пакером, так и под ним, а верхним концом соединен с системой управления, причем нагревательный кабель пропущен к нижележащему эксплуатационному объекту через пакер посредством герметизирующего устройства под кабель, или - через внутреннюю полость колонны труб в обход пакера, а сам нагревательный кабель снабжен защитными элементами.
Нагревательный кабель размещен вдоль всей колонны труб от устья скважины до нижнего эксплуатационного объекта.
В качестве защитных элементов установка содержит устанавливаемые на муфтах колонны насосно-компрессорных труб кабельные протекторы с защитными ребрами, образующими каналы для безопасной прокладки нагревательного кабеля.
В качестве измерительного датчика, подключенного к сигнальному проводнику, установка содержит термодатчик, или датчик давления, или глубинный манометр-термометр.
К сигнальному проводнику подключено, по крайней мере, одно устройство для регулирования отбора пластовой жидкости в процессе эксплуатации скважины, например, электромеханический клапан.
К полому каналу подключено, по крайней мере, одно устройство для регулирования отбора пластовой жидкости в процессе эксплуатации скважины, например, гидравлический клапан.
Поставленный технический результат обеспечивается за счет следующего.
Благодаря тому, что в качестве электропроводящего кабеля заявляемая скважинная установка содержит плоский или выпукло-вогнутый нагревательный кабель с, по меньшей мере, двумя токопроводящими нагревательными элементами, обеспечивается высокая эффективность эксплуатации одновременно всех разрабатываемых при одновременно-раздельной эксплуатации из одной скважины пластов, характеризующихся вязкими пластовыми флюидами и/или склонными к парафинообразованию, т.к. нагревательные элементы кабеля будут производить нагрев по всей длине кабеля, т.е. по всей длине колонны НКТ, разжижая при этом нефть и предотвращая образование АСПО. Наличие двух и более нагревательных элементов в нагревательном кабеле обеспечивает широкие технологические возможности по степени нагрева пластового флюида и его объема.
Выполнение нагревательного кабеля в предлагаемой установке плоским или выпукло-вогнутым позволяет снизить энергопотребление при размещении такого нагревательного кабеля в межтрубном пространстве скважины за счет более эффективного нагрева одновременно как скважинной жидкости, так и подаваемого по полому каналу кабеля реагента, т.к. площадь контакта кабеля такой формы с колонной труб, по которой протекает скважинная жидкость, будет в несколько раз выше, чем у круглого кабеля, а у выпукло-вогнутого - на порядок выше.
Подключение нагревательных элементов кабеля с источником питания и с системой управлением нагревом позволяет подать напряжение на токопроводящие жилы нагревательных элементов и регулировать режим нагрева, например, по температуре.
При этом наличие полых каналов - капиллярных трубок (одна или более) в нагревательном кабеле позволит наряду с нагревом производить и подачу в пластовый флюид требуемого реагента (или ряда реагентов), эффективность действия которого при нагреве будет выше, а значит и повысится эффективность эксплуатации скважины. Кроме того, наличие этих полых каналов в кабеле позволит также отводить газ при высоком газовом факторе, что делает предлагаемую скважинную установку универсальной в плане технологических аспектов использования. Причем эти полые каналы посредством отводов могут быть выведены из кабеля в зоне каждого эксплуатационного объекта-пласта, что позволит вести эффективную добычу с учетом особенностей каждого пласта.
Выполнение полого канала в нагревательном кабеле металлическим со слоем наружной полимерной оболочки, обеспечивает жесткость и прочность конструкции канала, что положительно влияет на надежность работы нагревательного кабеля в промысловых условиях, например, при различных пластовых давлениях, что особенно характерно для одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) нескольких горизонтов. Выполнение полого канала из полимерного материала удешевляет стоимость нагревательного кабеля.
Выполнение внешнего диаметра полого канала равным внешнему диаметру нагревательных элементов обусловлено необходимостью надежной герметизации устья скважины при проводке канала через стандартный токоввод.
Учитывая, что при подаче реагентов в скважины используется дозировочный насос, и дозировка каждого из реагентов имеет свою оптимальную величину, например, для ряда ингибиторов парафиноотложения она составляет величину порядка 100-200 г/т, то экспериментальным и расчетным путем было установлено, что внутренний диаметр гидравлического каналы должен быть выполнен размером от 2 до 8 мм. Это позволяет рационально использовать закачиваемый реагент и не допускать его непроизводительного перерасхода.
Наличие в нагревательном кабеле одновременно и сигнального проводника, выполненного многопроволочным, позволяет обеспечить техническую возможность полного контроля за работой скважины с использованием лишь одного кабеля для всех разрабатываемых эксплуатационных объектов, т.к. во-первых, этот кабель проходит по всей длине труб, а значит, охватывает все разрабатываемые пласты, во-вторых, сигнальный проводник кабеля имеет подключение к измерительным датчикам (например, датчик давления, датчик температуры, глубинный манометр-термометр), размещенным как над пакером, так и под ним. При этом обеспечивается возможность питания и снятия текущих показания с контрольно-измерительного оборудования, а также расширение технических возможностей контроля за работой скважины, заключающееся в получении гидродинамических значений параметров всех разрабатываемых пластов.
Выполнение сигнального проводника многопроволочным обусловлено тем, что необходимо обеспечение связи с несколькими глубинными датчиками. Кроме того, многопроволочный проводник имеет лучшие механические характеристики, вследствие повышения гибкости и прочности, а значит будет обеспечена надежность работы скважинной установки в целом.
Благодаря тому, что токопроводящие нагревательные элементы, полый канал и сигнальные проводники размещены под единой броней, обеспечивается конструкция единого кабеля, который может быть размещен даже в скважинах с одновременно-раздельной эксплуатацией (ОРЭ) небольшого (малого) диаметра.
Выполнение в предлагаемой конструкции скважинной установки «прохода» нагревательного кабеля через пакер к нижележащему эксплуатационному объекту посредством герметизирующего устройства под кабель, или в обход пакера - через внутреннюю полость труб к нижележащему горизонту, также работает на цель: обеспечить техническую возможность полного контроля за работой скважины с использованием лишь одного кабеля для всех разрабатываемых эксплуатационных объектов, т.к. это позволяет охватить датчиками одновременно все разрабатываемые пласты.
За счет снабжения кабеля защитными элементами, обеспечивается защита кабеля от механических повреждений, а значит - повышается надежность работы всей установки.
Также следует отметить, что на скважинах ОРЭ, обустроенных установкой электроцентробежного насоса (ПЭД), при необходимости можно обеспечить технологически и одновременное питание ПЭД одним и тем же нагревательным кабелем.
Предлагаемая скважинная установка ОРЭ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен ее общий вид: а), б) с «проходом» нагревательного кабеля к нижележащему эксплуатационному пласту через внутреннюю полость колонны труб в обход пакера; в) с «проходом» нагревательного кабеля к нижележащему эксплуатационному пласту через пакер; на фиг.2 - варианты исполнения нагревательного кабеля: а) плоского; б) выпукло-вогнутого.
На Фиг.2 (а; б) показана конструкция нагревательного кабеля с двумя токопроводящими нагревательными жилами, с одном полым каналом и с одним сигнальным проводником. Увеличение перечисленных элементов в кабеле, согласно предложенному решению, не изменяет сущность конструкторского выполнения кабеля, указанного на Фиг.2 (а, б), и будет заключаться только в дополнительном количественном отражении этих элементов на чертеже. Поэтому, исходя из очевидности, другие чертежи кабеля не представлены.
Следует отметить, что одновременно-раздельная добыча нефти из одной скважины глубиннонасосным способом с использованием штанговых и/или электроцентробежных насосов осуществляется установками с параллельными рядами НКТ (или один ряд колонны НКТ) по схемам с последовательно или параллельно соединенными насосами, а также с одним насосом (в зависимости от условий эксплуатации предусмотрены многочисленные модификации установок). Но при этом для скважинной установки одновременно-раздельной эксплуатации продуктивных пластов в обобщенном виде обязательно характерно наличие следующих основных элементов: колонны труб; погружных и/или штанговых насосов; пакеров для разобщения эксплуатационных объектов (пластов); электропроводящего и геофизического кабеля. Возможно наличие и других вспомогательных узлов. Исходя из этого, для иллюстрации на Фиг.1 (а, б, в) была выбрана условная классическая установка для одновременно-раздельной эксплуатации из одной скважины двух эксплуатационных пластов, разделенных пакером, с двумя насосами. Возможные варианты скважинной установки ОРЭ не ограничиваются этим примером, допустимы и другие более сложные известные конструкции. например, конструкции, охарактеризованные в патентах РФ №2464413, 2449114, 2387809 и др. Новым, в соответствии с предлагаемой полезной моделью, будет заявляемое размещение в скважине ОРЭ нагревательного кабеля определенной конструкции вдоль поверхности колонны труб и особенности его установки при ОРЭ для целей охвата всех эксплуатируемых пластов.
Предлагаемая скважинная установка содержит колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 1, насос 2, например, ПЭД, предназначенный для откачивания пластовой жидкости из верхнего пласта 3; насос 4, также например, ПЭД, предназначенный для откачивания пластовой жидкости из нижнего пласта 5; пакер 6, предназначенный для разобщения эксплуатационных объектов - пластов 3 и 5; нагревательный кабель 7, размещенный в затрубье 8 и закрепленный на колонне 1 по всей ее длине с помощью защитных элементов 9, например, с помощью кабельных протекторов.
Нагревательный кабель 7 выполнен плоским (Фиг.2 а) или выпукло-вогнутым (Фиг.2 б) с, по меньшей мере, двумя токопроводящими нагревательными элементами 10, а также с, по меньшей мере, одним установленным полым каналом 11, выполненным металлическим со слоем наружной полимерной оболочки 12, причем внешний диаметр указанного канала 11 равен внешнему диаметру нагревательных элементов 10, а внутренний диаметр - выполнен размером от 2 до 8 мм. Также этот полый канал 11 может быть выполнен полимерным. Кабель 7 также включает, по меньшей мере, один сигнальный проводник 13, выполненный многопроволочным. Причем токопроводящие нагревательные элементы 10, полый канал 11 и сигнальный проводник 13 размещены под единой броней 14. При этом нагревательные элементы 10 герметично выведены из скважины верхним концом и электрически соединены с системой управлением нагревом 15, а нижняя их часть соединена в законцовку и изолирована для обеспечения нагрева. Также токопроводящие жилы кабеля могут использоваться в качестве питающих для насоса.
Полый канал 11 может быть предназначен для дозирования реагента в скважину и в этом случае он соединен в верхней части с дозировочным насосом и емкостью с химическим реагентом (на чертежах не показаны), а в нижней части - открытый для сообщения со скважинной жидкостью через обратный клапан, либо без него. Пли полый канал 11 может быть предназначен для стравливания газа из разрабатываемого пласта, в этом случае он соединен в верхней части с выкидной линией, через обратный клапан.
К полому каналу 11 также может быть подключено, по крайней мере, одно устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины, например, гидравлический клапан (на чертеже не показан), способный регулировать отбор жидкости путем изменения диаметра сечения, через которое проходит поток пластовой жидкости.
Нагревательный кабель 7 размещен по всей длине скважинной установки и пропущен к нижележащему эксплуатационному пласту 5 через пакер 6 (Фиг.1 в), посредством герметизирующего устройства под кабель, например, описанного в патентах РФ №2439374, 2010103740, 2005111036 и др., или через устройство перевода 16, например, выполненного в виде муфты НКТ с герметичным кабельным вводом, через внутреннюю полость колонны труб 1 в обход пакера 6. (Фиг.1 а, б).
Сигнальный проводник 13 нагревательного кабеля 7 имеет подключение к измерительным датчикам, например, к манометрам 17, 18, размещенным как над пакером 6, так и под ним, а верхним концом соединен со станцией управления.
К сигнальным проводникам 13 также может быть подключено, по крайней мере, одно устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины, например, электромеханический клапан (на чертеже не показан), способный регулировать отбор жидкости путем изменения диаметра сечения, через которое проходит поток пластовой жидкости.
Работает предлагаемая скважинная установка следующим образом.
В скважине выбирают эксплуатационные объекты для применения скважинной установки. Производят перфорацию пластов 3 и 5. Устанавливают пакер 6 между ними. Далее спускают в скважину компоновку колонны НКТ 1, содержащую насосы 2 и 4, нагревательный кабель 7. При этом перед спуском верхний конец нагревательного кабеля 7, который размещен на дневной поверхности, освобождают от брони 14, примерно на длину 10 м, и высвобождают нагревательные элементы 10 и полый канал 11. Далее токопроводящие жилы 10 нагревательного кабеля 7 соединяют с источником питания и системой управления 15. Полый канал 11 при необходимости соединяют с дозирующим устройством (если предполагается дозирование реагента), либо через обратный клапан, подключают к выкидной линии, если предусматривается стравливание газа из эксплуатационного пласта. Возможен также совместный вариант при наличии двух полых каналов 11. Сигнальные проводники 13 соединяют на дневной поверхности с источником питания и/или станцией управления и на расчетной длине присоединяют к ним датчики измерений 17, 18 с учетом того, чтобы они были размещены в зоне верхнего и нижнего эксплуатационных объектов 3 и 5. Нагревательный кабель 7 обеспечивают кабельными протекторами 9 с защитными ребрами, располагаемыми на муфтах колонны НКТ 1, и спускают в межтрубное пространство скважины на НКТ 1 с обеспечением размещения нижнего конца кабеля 7 в зоне нижнего, либо, как вариант, в зависимости от технологических требований, - верхнего эксплуатационного объекта. Далее скважинную установку запускают в работу. Скважинная жидкость с пласта 5 нижним насосом 4 подается вверх на прием верхнего насоса, либо поступает на поверхность по колонне НКТ, либо по колонне полых насосных штанг (при наличии штангового насоса), верхним насосом 2 скважинная жидкость из пласта 3, либо из обоих пластов поступает на поверхность по колонне НКТ.
Одновременно с работой установки производится подача напряжения на кабель 7 и происходит его нагрев, и соответственно, нагрев химического реагента в полом канале 11, а также нагрев скважинной жидкости в колонне НКТ 1. Если добыча происходит из скважины с большим газовым фактором, то через полый канал 11 происходит стравливание газа из подпакерной зоны и/или через отвод полого канала из надпакерной зоны.
Одновременно с этим производят снятие текущих показаний датчиков измерений 17, 18 через сигнальные проводники 13, расположенные в нагревательном кабеле 7.
Таким образом, предлагаемая установка имеет следующие преимущества перед известной установкой по прототипу:
- обеспечивает возможность полного контроля, за работой скважины ОРЭ с использованием лишь одного кабеля для всех разрабатываемых эксплуатационных объектов, в то время как известная установка требует наличия, как минимум, двух кабелей;
обеспечивает высокую эффективность эксплуатации всех разрабатываемых скважиной ОРЭ пластов, характеризующихся различным газовым фактором, и/или вязкими пластовыми флюидами, и/или флюидами склонными к парафинообразованию за счет увеличения функций используемого в установке кабеля: подачу реагента в скважину с одновременным его прогревом, прогревом скважинной жидкости, обеспечением питания, при необходимости, насоса, стравливания газа;
обеспечивает снижение энергопотребления при размещении нагревательного кабеля в межтрубном пространстве скважины за счет более эффективного нагрева одновременно как скважинной жидкости, так и реагента, причем в зоне всех эксплуатируемых пластов.