УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЕМА ЖИДКОСТИ (УПЖ-К2) ИЗ СКВАЖИН, РАБОТАЮЩИХ В РЕЖИМЕ ФОНТАНИРОВАНИЯ

Заявляемое техническое решение относится к области устройств для нефтедобычи, и, в частности, к устройствам регулирования поступления из скважины газо-нефтяной смеси при добычи из фонтанирующих скважин.
Известны устройства для подъема жидкости из фонтанирующих скважин, использующие избыточное давление внутри пласта. Эти устройства позволяют поднимать нефть за счет более полного использования давления попутного газа пласта без дополнительных энергозатрат и устройств.
Известны устройства для добычи регулирования, упорядочивания и подъема газо-нефтяной смеси из скважин, содержащих попутный газ под избыточным давлением. №№2030564, 2229018, 2194152, 2129208, 2074952, 2021492.
Недостатком перечисленных устройств является значительная сложность конструкции, сложность настройки, низкая надежность.
В патенте RU №2162138 раскрыто устройство для фонтанной и газлифтной эксплуатации нефтяных скважин. Устройство включает лифтовую колонну труб для подъема жидкости и газа и размещенные внутри колонны узлы для изменения структуры газожидкостного потока, узлы выполнены в виде обратного шарового клапана, в котором радиус и вес шара выбраны в зависимости от скорости газожидкостного потока по аналитическим формулам.
Это устройство выбрано в качестве прототипа.
Недостатком устройства является низкая эффективность, сложность настройки на параметры пласта, неоптимальный расход пластовой энергии, что снижает дебит скважины - объем нефти, добытой из скважины в фонтанном режиме.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение эффективности работы скважин за счет вовлечения выходящего попутного газа в процесс подъема нефти, повышение эффективности подъема за счет снижения потерь нефти, увеличение суточного дебита скважины и, таким образом, продление срока эксплуатации в естественном фонтанном режиме.
Заявленный технический результат достигнут с помощью устройства для подъема и упорядочивания движения жидкости (УПЖ-К2) из скважин, работающих в фонтанном режиме, содержащем камеру замещения и переливной патрубок с фланцем. Камера замещения выполнена в виде подвижного поршня с выпускными окнами, с возможностью движения с зазором в трубе колонны (НКТ), и ограничительными упорами закрепленными на переливном патрубке.
Выполнение камеры замещения в виде подвижного поршня с выпускными окнами позволяет упорядочить движение и поддерживать структуру газо-нефтяного потока в четочном (в виде взвеси пузырьков газа в жидкости) или пробковом (в виде последовательного движущихся порций газа и нефти) и пульсирующий режим движения газожидкостного потока, что позволяет упорядочить расход попутного газа, увеличить суточный
дебит скважины, (эффективность извлечения жидкой фазы) и увеличить срок эксплуатации скважины в фонтанном режиме.
Структуру полученного потока формируют в виде последовательно движущихся порций газа и нефти, причем газовые порции выполняют функцию поршня, выталкивающего наверх расположенную впереди порцию нефти («пробковый» режим) или в виде взвеси пузырьков газа в жидкости (четочный режим). Кроме того, возвратно-поступательное движение поршня дополнительно выталкивает расположенный выше газонефтяной столб и собирает нефть с пристеночного слоя НКТ.
Описание графического материала.
На фиг.1 показано устройство для подъема жидкости из скважин (УПЖ-К2), работающих в фонтанном режиме.
УПЖ-К2 содержит основание 1, к которому присоединен патрубок 2 с упорами 3. На патрубок 2 установлен поршень 4 с выпускными окнами 5. Устройство устанавливают в стыке труб колонны НКТ, закрепляя за фланец основания 1.
Количество устройств в скважине устанавливают в зависимости от параметров (преимущественно, давления газа) скважины, работающей в фонтанном режиме.
Устройство работает следующим образом.
После запуска скважины, восходящий газожидкостный поток из ниже установленной трубы колонны НКТ проходит через патрубок 2, воздействует на поршень 4 и через выпускное окно 5 идет в выше установленную трубу колонны НКТ.
Подвижное крепление поршня дает возможность изменять объем камеры замещения в зависимости от мощности пульсирующего газожидкостного потока фонтанной скважины, что создает четочную структуру потока. В зависимости от доли газа в смеси соотношение сил, действующих над поршнем 4 и сил потока восходящего по патрубку 2, изменяется. Изменение соотношения сил приводит поршень 4 к возвратно-поступательным движениям - колебаниям. Перемещение поршня 4 воздействует на весь столб жидкости над поршнем 4 (выше по НКТ) и не позволяет образовываться сплошным газовым столбам в структуре потока. Кроме того, перемещения поршня 4 дополнительно вовлекают в движение жидкость, из тонкого пристеночного слоя.
Четочная структура с пульсирующими колебаниями газожидкостной смеси (ГЖС) в НКТ вызывает снижение депрессии на 5-10% от исходного значения. Это, в свою очередь, приводит к оттеснению части газа, поступающего в колонну НКТ через верхнюю часть перфорации. Происходит дробление крупных порций газа и смешивание их с газо-жидкостным потоком.
Вместе с увеличением эффективности подъема при четочном режиме, этот фактор приводит к увеличению дебита жидкости из скважины.
Кроме того, возвратно-поступательное движение одной или более камер замещения (поршней), установленных в одной НКТ, вызывают пульсирующие колебания в газожидкостном потоке и на забое скважины, что также способствует увеличению притока жидкости из пласта.
Устройство работает за счет избыточного давления газа в пласте. При проходе через устройство часть давления теряется (срабатывается). Для эффективного использования имеющегося в пласте давления попутного газа в скважину устанавливают несколько устройств - с таким расчетом, чтобы использовать все имеющееся давление.
Размещение нескольких устройств в нижней части колонны НКТ снижает депрессию на пласт (разница между пластовым и забойным давлением). Увеличение противодавления на пласт на 4-7% от величины депрессии вызывает подъем газового конуса, при этом место вытесненного вверх газа занимает нефть.
3
Применение предлагаемых устройств на пятнадцати скважинах, работающих в фонтанном режиме с высоким (до 2000 м /тн) газовым фактором, позволил снизить суточный объем выходящего попутного газа на 20-40% от исходного значения и увеличить суточный дебит скважин на 5-15% от исходного. Кроме того, это снижает темп естественного падения дебита за счет сохранения пластовой энергии.
Дополнительные пояснения.
Технологические процессы добычи нефти фонтанным способом связаны с движением ГЖС в скважине. При ее подъеме в зависимости от объемного соотношения газообразной и жидкой фаз существуют четыре основных режима течения - пузырьковый (пенный или четочный), снарядный (пробковый), эмульсионный («тумана») дисперсно-кольцевой.
Разработаны и совершенствуются различные устройства и приспособления для перевода течения ГЖС из дисперсно-кольцевого в эмульсионный и далее снарядный и пузырьковый режимы за счет диспергирования газовых пузырьков и изменения скорости.
Предлагаемое устройство (УПЖ-К2) представляет собой камеру замещения, устанавливаемую на насосно-компрессорных трубах, в которой осуществляется аккумуляция пузырьков газа до гидростатического давления столба жидкости. После превышения давления происходит залповый выброс газа в виде поршня, в результате чего структура ГЖС переходит из дисперсно-кольцевого режима в четочный.
Система позволяет значительно сократить текущий расход попутного газа при фонтанировании скважин, в результате чего экономно потребляется пластовая энергия и на 1,5-2 года увеличивается период фонтанирования продуктивного объекта против проектного. Одновременно с этим растет текущая добыча жидкой фазы за счет принудительного формирования четочной структуры потока.
После падения пластового давления ниже значения насыщения возникает опережающая диффузия газа, скорость которой зависит от концентрации между участками разгазирования и выпуска. По этой причине традиционные способы регулирования фонтанной добычи, включая штуцирование, не решают в полном объеме задачи бесполезной утечки попутного газа из пласта, а лишь меняют граничные условия эксплуатации объекта.
Применение устройства УПЖ-К2 исключает указанные недостатки и образует четочную структуру потока ГЖС. При этом соотношения объемов жидкой и газообразной фаз перераспределяются в сторону некоторого увеличения жидкой фазы.
Устройство УПЖ-К2, аккумулирующее газовую фазу и выпускающее ее в виде поршня, создает в скважине противодавление на пласт в результате сжатия газа в скользящих камерах системы, где давление может превысить забойное. Это затрудняет приток свободного газа (такое явление с нефтью не происходит, поэтому на единицу объема поступающей газожидкостной смеси приходится меньше газовой фазы); возникает эффект удержания разности скоростей движения фаз в диапазоне четочного режима; изменяется структура поступающей в скважину ГЖС, и, следовательно, расходные объемы и соотношения нефти и газа, что приводит к варьированию характера движения потока; образуются волновые эффекты в результате непрерывной и ритмичной аккумуляции и выброса газового пузыря, что вызывает вибровоздействие на призабойную зону пласта, выравнивающее фазовые проницаемости газа и жидкости; усиливаются процессы электризации потока, обусловливающие изменение потенциала трубы, что также положительно влияет на приток жидкости.
Таким образом, применение устройства УПЖ-К2 улучшает технологические показатели скважин, работающих фонтанным способом. При этом увеличивается дебит нефти и снижается газовый фактор, сохраняется пластовая энергия и продлевается фонтанный период эксплуатации.