СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА
DOWNHOLE PUMP UNIT

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разобщения и управления потоками скважинного флюида (нефти, газа и др.) и изолирования пластов или интервалов негерметичности, а также при закачке рабочего агента в скважину в процессе эксплуатации одного или нескольких пластов.
Известна Насосная пакерная установка, включающая НКТ, на которой расположен насос с хвостовиком, по меньшей мере, один пакер, установленный на НКТ или на хвостовике насоса, регулируемые перепускные устройства, контрольно-измерительные приборы (Патент РФ №2296213, E21В 43\00, оп. 10.11.2006 г.).
Недостатком известного устройства является то, что установка не позволяет в скважине разделять потоки скважинного флюида, в том числе и непосредственно в лифте до насоса, что ограничивает ее применение.
Наиболее близким техническим решением является Скважинная установка Гарипова, включающая НКТ, на которой расположен насос с хвостовиком, по меньшей мере, один пакер, установленный на НКТ или на хвостовике насоса, регулируемые перепускные устройства, контрольно-измерительные приборы (Патент РФ №2309246, E21В 43\14, оп. 27.10.2007 г., прототип). Недостатком известного устройства является то, что установка не позволяет разделять потоки скважинного флюида в лифте скважины до приема насоса. Также невозможно вести раздельное управление и осуществлять контроль параметров флюида в лифте при эксплуатации скважины в режиме реального времени, в том числе проводить на устье скважины прямые замеры дебита и обводненности раздельно по каждому пласту.
Предлагаемое техническое решение позволяет избежать, указанные выше недостатки, а также позволяет повысить эффективность эксплуатации нескольких пластов, обеспечить возможность разобщения и управления потоками скважинного флюида в процессе эксплуатации скважины и проведения на устье контрольных прямых замеров дебита и обводненности раздельно по пластам.
Поставленная цель достигается тем, что Скважинная насосная установка включает насос, НКТ, пакер или пакеры, одно или несколько регулируемых перепускных устройств, она дополнительно снабжена одной или несколькими вставками, герметично закрепленными внутри НКТ, разделительными элементами, герметично установленными в кольцевом пространстве между вставкой и НКТ, перепускными отверстиями, выполненными в НКТ ниже и выше пакера или между пакерами и ниже или выше пакера, по меньшей мере, в одном перепускном отверстии установлено регулируемое перепускное устройство, при этом перепускные отверстия гидравлически связаны между собой и насосом, а пакер или пакеры установлены на НКТ между разделительными элементами, кроме этого регулируемое перепускное устройство представлено в кабельном исполнении с электропроводящим кабелем, в гидравлическом исполнении с гидравлическим каналом высокого давления, в гидравлически - электрическом исполнении с гидравлическим каналом высокого давления и с электропроводящим кабелем, что регулируемое перепускное устройство выполнено автономным в виде заряженного на заданное давление сильфонного клапана, вставка представляет собой участок НКТ или участок гибкой безмуфтовой трубки, разделительный элемент представляет собой цанговый захват, выступ или муфту, фиксирующую муфту с резьбой или со штифтами, разбухающую манжету, разделительный элемент дополнительно снабжен перепускным отверстием, контрольно-измерительные приборы в автономном или кабельном исполнении, разъединитель колонны, расположенный над пакером, посадочный элемент, в котором расположено регулируемое перепускное устройство, дополнительный пакер, установленный на НКТ под регулируемым перепускным устройством, герметизирующий элемент, установленный в резьбовых соединениях в кольцевом пространстве между НКТ и вставкой, при этом, герметизирующий элемент представляет собой графитовую смазку или резиновые кольца.
На фиг.1 изображена Скважинная насосная установка с насосом, с пакером, установленным между пластами, с электрически регулируемым перепускным устройством, с одной вставкой, выполненной над насосом, на фиг.2 изображена Скважинная насосная установка с насосом, с пакером, установленным между пластами, с гидравлически регулируемым перепускным устройством, с одной вставкой, выполненной над насосом, на фиг.3 изображена Скважинная насосная установка с верхним пакером над насосом, с дополнительным пакером под насосом, с гидравлически регулируемыми перепускными устройствами, с одной вставкой, на фиг.4 изображена Скважинная насосная установка с верхним и нижним пакерами, с электрически регулируемым перепускным устройством, с одной вставкой под насосом, на фиг.5 изображена Скважинная насосная установка для трех пластов с двумя вставками над и под насосом, с тремя пакерами, с одним электрически регулируемым перепускным устройством и двумя гидравлически регулируемыми перепускными устройствами.
Скважинная насосная установка включает насос 1, НКТ 2, пакер или пакеры 3, одно или несколько регулируемых перепускных устройств 4, одну или несколько вставок 5, разделительные элементы 6, перепускные отверстия 7.
Насос 1 представляет собой, например, ЭЦН, ШГН или другой глубинный скважинный насос.
НКТ 2 представляют собой трубу, например, с муфтами или без муфт, или участки труб одного или разного диаметра, соединенные между собой, например, переводниками.
Пакер или пакеры 3 установлены на НКТ 2 между разделительными элементами 6 для разобщения пластов друг от друга и от насоса 1 и представляет собой, например, механическое разобщающее устройство, гидравлическое разобщающее устройство с различным способом установки в скважине.
Регулируемое перепускное устройство 4 предназначено для управления и регулирования расхода скважинного флюида поступающего из пласта на прием насоса 1. Регулируемое перепускное устройство 4 представляет собой гидравлическое регулируемое перепускное устройство, приводимое в действие гидравлическим каналом 8, например, от гидронасоса; электрическое регулируемое перепускное устройство, приводимое в действие электроимпульсом по электропроводящему каналу 9, например, в виде кабеля или трубки; гидро-электрическое регулируемое перепускное устройство, приводимое в действие, например, с применением гидронасоса с электроприводом.
Кроме этого, регулируемое перепускное устройство 4 представляет собой автономное регулируемое перепускное устройство, которое работает автономно, например, в виде заряженного сильфонного клапана, и открывается-закрывается при заданном давлении или перепаде давления.
Регулируемое перепускное устройство 4 представлено, например, дистанционно-управляемым устройством.
Вставка 5 герметично закреплена внутри НКТ 2 посредством разделительных элементов 6, например, выше, ниже или выше и ниже насоса 1 и представляет собой участок трубы, например, участок НКТ, участок гибкой трубы, участок гибкой безмуфтовой трубки, участок импульсной трубки, участок шлангокабеля или участков труб одного или разного диаметров, соединенных между собой, то есть сборную вставку 5. Вставка 5 предназначена для разобщения потоков внутри скважины в пределах вставки 5, как разнонаправленных, так и однонаправленных.
Например, в пределах вставки 5 на фиг.3 - разнонаправленные потоки, где по центру вставки 5 поток флюида поднимается из насоса 1, а по кольцевому пространству между вставкой 5 и НКТ 2 поток флюида с верхнего пласта стекает на прием насоса 1, на фиг.4 - однонаправленные потоки, где поток флюида по центру вставки 5 и в кольцевом пространстве между вставкой 5 и НКТ 2 поднимается вверх на прием насоса 1.
Вставка 5, расположенная под насосом, обеспечивает разобщение потоков флюида из двух пластов, например, один поток флюида проходит с нижнего пласта 10 по внутреннему пространству вставки 5 в насос 1 и другой поток флюида из верхнего пласта 11 проходит по кольцевому пространству между вставкой 5 и НКТ 2 в насос 1 (фиг.4, 5). Вставка 5, расположенная над насосом 1, обеспечивает разобщение разнонаправленных потоков, например, флюид из верхнего пласта 11 по кольцевому пространству с верхнего пласта 11 поступает вниз на прием насоса 1, а из насоса 1 по внутреннему пространству вставки 5 скважинный флюид поднимается на поверхность.
Разделительные элементы 6 герметично закреплены в кольцевом пространстве между вставкой 5 и НКТ, что обеспечивает удержание вставки 5 внутри НКТ 2 в заданном положении, и предназначены для герметичного разобщения на пространство внутри вставки 5 и на кольцевое пространство между НКТ 2 и вставкой 5.
Разделительный элемент 6 выполнен в виде одного элемента или выполнен сборным в виде нескольких элементов, герметично соединенных между собой.
Разделительный элемент 6 представляет собой, например, уплотнитель с цанговым захватом, выступ с уплотнителем, разбухающую манжету, уплотнительные манжеты со срезными элементами, фиксирующую муфту с резьбой и герметизирующими элементами или со штифтами, втулку с графитовой смазкой на резьбе и т.д. Сборный разделительный элемент 6 содержит, например, несколько различных уплотнительных колец, манжет, упорных элементов и т.п.
Разделительный элемент 6 дополнительно снабжен перепускным отверстием 7 или перепускным отверстием 7 с регулируемым перепускным устройством 4, которое регулирует перепуск флюида из пласта во внутреннее пространство вставки 5.
Перепускные отверстия 7 выполнены в НКТ 2 ниже и выше пакера 3 или между пакерами 3 и ниже или выше пакера 3 и обеспечивают перепуск жидкости в виде флюида из пласта, например, в кольцевое пространство между НКТ 2 и вставкой 5.
Перепускные отверстия 7 гидравлически связаны между собой и насосом 1, так из перепускных отверстий 7, расположенных напротив пласта скважинный флюид течет через вставку 5 в другие перепускные отверстия 7 и далее на прием насоса 1. По меньшей мере, в одном перепускном отверстии 7 установлено регулируемое перепускное устройство 4 для управления потоком скважинного флюида.
Перепускные отверстия 7, снабженные регулируемым перепускным устройством 4, обеспечивают регулируемый перепуск жидкости в виде флюида из пласта, например, в кольцевое пространство между НКТ 2, при этом перепускные отверстия 7 и перепускное отверстие 7 с регулируемым перепускным устройством 4 гидравлически связаны между собой и насосом 1.
Посредством регулируемого перепускного устройства 4, например, за счет изменения диаметра перепускного отверстия 7, регулируют поступление пластового флюида из внутреннего пространства вставки 5 или кольцевого пространства между вставкой 5 и НКТ 2 на прием насоса 1, например, раздельно или совместно.
Скважинная насосная установка дополнительно снабжена контрольно-измерительными приборами 12 в автономном или кабельном исполнении, разъединителем колонны 13, герметизирующим элементом 14, посадочным элементом 15 и дополнительным пакером 16.
Контрольно-измерительные приборы 12 (далее по тексту -КИП) представляют собой, например, манометры, термометры и т.п.и расположены, например, в НКТ 2, во вставке 5, в подвижных или неподвижных элементах пакера 3, 16 и предназначены для регистрации заданных параметров скважины.
Разъединитель колонны 13 установлен над дополнительным пакером 16 и служит для соединения и разъединения вставки 5 с НКТ 2.
Герметизирующий элемент 14 установлен в резьбовых соединениях в кольцевом пространстве между НКТ 2 и вставкой 5 и представляет собой графитовую смазку, резиновые кольца, самоуплотняющиеся резьбовые соединения. При соединении вставки 5 с НКТ 2 посредством разделительного элемента в виде муфты 6 (фиг.4), герметизирующий элемент 14 в резьбовых соединениях выполнен в виде герметизирующей графитовой смазки, ленты фум, резиновых колец и т.п., или самоуплотняющихся резьбовых соединений.
Посадочный элемент 15 представляет собой, например, скважинную камеру, в котором установлено регулируемое перепускное устройство 4, и расположен на НКТ 2 над, под или внутри вставки 5. При этом перепускные отверстия 7 и посадочный элемент 15 с регулируемым перепускным устройством 4 гидравлически связаны между собой и насосом 1.
Дополнительный пакер 16 установлен на НКТ 2 под регулируемым перепускным устройством 4 (далее по тексту - РПУ), представляет собой, например, механическое разобщающее устройство, гидравлическое разобщающее устройство с различным способом установки в скважине и предназначенное для разобщения пластов друг от друга и от насоса 1.
Скважинная насосная установка работает следующим образом.
В скважину 17 спускают насос 1, затем НКТ 2 с перепускными отверстиями 7, со вставкой 5, герметично закрепленной разделительными элементами 6 внутри НКТ 2, пакер 3, установленный между разделительными элементами 6 и регулируемое перепускное устройство 4, установленное в перепускном отверстим 7 над пакером 3, между пакером 3 и верхним разделительным элементом 6, и КИП 12.
В скважине 17 на заданной глубине пакеруют пакер 3 между пластами 10 и 11, запускают насос 1, регулируемое перепускное устройство 4 в положении «закрыто», начинают добычу флюида из нижнего пласта 10, который поступает на прием насоса 1 и далее по внутреннему пространству вставки 5 на устье скважины 17.
Затем под действием гидравлического давления или импульса давления переданного со станции управления 18, например, устьевым гидронасосом, регулируемое перепускное устройство 4 переводится в положение «открыто» с заданным диаметром перепускного отверстия 7. Пластовый флюид из верхнего пласта 11 поступает через регулируемое перепускное устройство 4 в кольцевое пространство между НКТ 2 и вставкой 5 и далее через перепускные отверстия 7 на прием насоса 1.
С помощью регулируемого перепускного устройства 4 дистанционно регулируют отбор скважинного флюида из верхнего пласта 11, разобщая и управляя потоком скважинного флюида из верхнего пласта 11 и, соответственно, отбором скважинного флюида из скважины в целом. КИП 12 в процессе эксплуатации измеряют скважинные параметры.
В зависимости типа насоса 1 и технических условий скважины 17 и оборудования определяют количество спуско-подъемных операций, максимально допустимый вес НКТ 2 под насосом 1 и возможные нагрузки на УЭЦН или УШГН при срыве пакера 3.
Если скважина 17 не глубокая и вес нижней части НКТ 2 менее, например, 500-800 кг, то под насосом 1 устанавливают на НКТ 2 еще два механических пакера, например, средний и нижний с нижней вставкой 5.
Пример N1 (фигура 3). В скважину 17 спускают дополнительный пакер 16 на НКТ 2 с нижним регулируемым перепускным устройством 4, далее насос 1, затем НКТ 2 с перепускными отверстиями 7, с вставкой 5 в виде гибкой безмуфтовой трубы, верхний пакер 3, расположенный между разделительными элементами 6 вставки 5, и КИП 12.
Нижнее регулируемое перепускное устройство 4 установлено между насосом 1 и дополнительным пакером 16.
В скважине 17 на заданной глубине пакеруют верхний 3 и дополнительный 16 пакеры между пластами 10 и 11, запускают насос 1 и начинают добычу флюида из пластов 10 и 11, поскольку верхнее и нижнее регулируемые перепускные устройства 4 находятся в положении «открыто».
Под действием гидравлического давления или импульса давления верхнее регулируемое перепускное устройство 4 переводят в положение «закрыто» и пластовый флюид поступает только из нижнего пласта 10 через нижнее регулируемое перепускное устройство 4 в насос 1.
Если же верхнее регулируемое перепускное устройство 4 переводят в положение «открыто», а нижнее регулируемое перепускное устройство 4 переводят в положение «закрыто», то флюид из верхнего пласта 11 поступает в кольцевое пространство между НКТ 2 и вставкой 5 и далее через перепускные отверстия 7 на прием насоса 1. С помощью верхнего и нижнего регулируемых перепускных устройств 4 дистанционно регулируют отбор флюида с пластов 10 и 11, разобщая и управляя потоком флюида из верхнего и\или нижнего пластов 10 и 11 и, соответственно, отбором флюида из скважины 17 в целом с совместно-раздельным замером дебита и обводненности. КИП 12 в процессе эксплуатации измеряют скважинные параметры.
Пример №2 (фигура 4). В скважину 17 спускают скважинную насосную установку со вставкой 5 для разобщения и управления потоками скважинного флюида из пластов 10 и 11, расположенных под насосом 1 в виде ШГН, с верхним и нижним пакерами 3, с посадочными элементами 15 в виде скважинных камер, в которых установлены верхнее и нижнее регулируемые перепускные устройства 4. Скважинные камеры 15 установлены над верхним пакером 3, при этом одна - между разделительными элементами 6, а другая - над разделительными элементами 6. Нижние разделительные элементы 6 выполнены с перепускными отверстиями 7.
В скважину 17 сначала спускают нижний пакер 3, далее НКТ 2, внутри которой установлена вставка 5 в виде участка НКТ малого диаметра с разделительными элементами 6, и с перепускными отверстиями 7. Потом спускают верхний пакер 3, скважинную камеру 15 с нижним гидравлически регулируемым перепускным устройством 4 от гидравлического канала 8 и скважинную камеру 15 с верхним электрически регулируемым перепускным устройством 4 с электрическим кабелем 9 для его дистанционного управления. При этом перепускные отверстия 7 расположены под нижним пакером 3, между пакерами 3. Затем над скважинной камерой 15 с верхним электрически регулируемым перепускным устройством 4 устанавливают НКТ 2 и присоединяют насос 1. Верхнее электрически регулируемое перепускное устройство 4 - в положении «открыто».
После пакеровки и запуска насоса 1 начинают добычу флюида одновременно с пластов 10 и 11. При необходимости отключения из эксплуатации верхнего пласта 11 на устье создают давление в гидравлическом канале 8, под действием которого нижнее гидравлически регулируемое перепускное устройство 4 переводят в положение «закрыто».
Пластовый флюид из верхнего пласта 11 перестает поступать через перепускные отверстия 7 в кольцевое пространство между НКТ 2 и вставкой 5 и, соответственно, в нижнее гидравлически регулируемое перепускное устройство 4 и далее на прием насоса 1.
Насос 1 через верхнее электрически регулируемое перепускное устройство 4 добывает флюид только из нижнего пласта 10 с прямым замером на устье дебита и обводненности.
Для отбора флюида только из верхнего пласта 11 дистанционно открывают нижнее гидравлически регулируемое перепускное устройство 4 и закрывают верхнее электрически регулируемое перепускное устройство 4.
Для дистанционного открытия нижнего гидравлически регулируемого перепускного устройства 4 на него воздействуют заданным гидравлическим давлением и переводят в положение «открыто», а при закрытии верхнего электрически регулируемого перепускного устройство 4 на него воздействуют заданным электрическим сигналом по электрическому кабелю 9 и переводят в положение «закрыто».
В этом случае пластовый флюид из верхнего пласта 11 поступает через перепускные отверстия 7 в кольцевое пространство между НКТ 2 и вставкой 5 и, соответственно, в нижнее гидравлически регулируемое перепускное устройство 4 и далее на прием насоса 1.
Регулируемые перепускные устройства 4 регулируют поток скважинного флюида из верхнего пласта 11 раздельно от нижнего пласта 10 на прием насоса 1, разобщая и раздельно управляя потоками скважинного флюида.
С помощью регулируемых перепускных устройств 4 дистанционно регулируют отбор флюида из пластов 10, 11 при их совместной эксплуатации, а также раздельный отбор флюида с пласта 10 или пласта 11 с прямым замером на устье их дебита и обводненности. КИП 12 в процессе эксплуатации измеряют скважинные параметры.
Пример №3 (фигура 5). В скважину 17 спускают скважинную насосную установку для разобщения трех пластов и управления потоками скважинного флюида с пакерами 3: верхним, средним и нижним, расположенными между пластами 11, 19 и 10, верхней вставкой 5, расположенной над насосом 1и нижней вставкой 5, расположенной под насосом 1, с КИП 12.
Верхняя вставка 5 с герметизирующими элементами 14 и разделительными элементами 6 в виде цангового захвата и с верхним гидравлически регулируемым перепускным устройством 4 регулирует поток флюида с верхнего пласта 11 на прием насоса 1 разобщая и управляя потоком скважинного флюида с верхнего пласта 11.
Нижняя вставка 5 с герметизирующими элементами 14 и разделительными элементами 6 в виде фиксатора с регулируемыми перепускными устройствами 4 регулирует и разобщает потоки флюида из нижнего пласта 10 и среднего пласта 19 на прием насоса 1.
В скважину 17 вначале спускают НКТ 2 с перепускными отверстиями 7, с КИП 12 и нижний пакер 3, затем на НКТ 2 с перепускными отверстиями 7 устанавливают КИП 12, средний пакер 3 и разъединитель 13. После чего фиксируют нижнее электрически регулируемое перепускное устройство 4 с электрическим кабелем 9. Затем спускают нижнюю вставку 5 в виде участка НКТ до упора с нижним разделительным элементом 6 с последующей герметичной фиксацией 14 нижнего и верхнего разделительных элементов 6, затем устанавливают среднее гидравлически регулируемое перепускное устройство 4. Далее присоединяют насос 1 с КИП 12 на электрическом кабеле 9.
Спускают оборудование в скважину 17 на НКТ 2 до заданной глубины, после этого присоединяют к НКТ 2 нижний разделительный элемент 6 с последующей герметичной фиксацией 14 и верхнее регулируемое перепускное устройство 4 с гидравлическим каналом 8 в положении «открыто». Далее спускают верхний пакер 3, над которым устанавливают НКТ 2 с перепускными отверстиями 7 и с КИП 12. После этого спускают верхнюю вставку 5 в НКТ 2 до фиксации в разделительном элементе 6 в виде цангового захвата и разбухающей манжеты и герметизируют сверху разделительным элементом 6.
Всю собранную скважинную насосную установку спускают до заданной глубины и пакеруют пакеры 3.
После запуска насоса 1 начинают добычу флюида одновременно с трех пластов 10, 19 и 11. При необходимости отключения из эксплуатации верхнего пласта 11 на устье создают давление в гидравлическом канале 8, который гидродинамически связан с верхним гидравлически регулируемым перепускным устройством 4.
Под действием высокого давления или импульса давления переданному по высоконапорному гидравлическому каналу 8 верхнее гидравлически регулируемое перепускное устройство 4 переводят в положение «закрыто». Пластовый флюид из пласта 11 перестает поступать через перепускные отверстия 7 в кольцевое пространство между НКТ 2 и верхней вставкой 5 и, соответственно, в верхнее регулируемое перепускное устройство 4 и на прием насоса 1. Насос 1 добывает флюид только из двух пластов 10 и 19 с прямым замером на устье их суммарного дебита и обводненности.
При дистанционном закрытии верхнего и среднего регулируемых перепускных устройств 4 на них воздействуют заданным давлением для их переключения в положение «закрыто», а нижнее регулируемое перепускное устройство 4 - в положение «открыто», что позволяет осуществлять отбор флюида только из среднего пласта 19.
Под действием электрического сигнала, переданного по кабелю 9, нижнее регулируемое перепускное устройство 4 переводят в положение «закрыто». Одновременно с этим по гидравлическому каналу 8 передается импульс давлений на верхнее и среднее регулируемые перепускные устройства 4, которые переводят в положение «открыто». Пластовый флюид из среднего пласта 19 перестает поступать через перепускные отверстия 7 в кольцевое пространство между НКТ 2 и нижней вставкой 5 и, соответственно, в нижнее регулируемое перепускное устройство 4 на прием насоса 1. Насос 1 добывает флюид только из двух пластов 10 и 11 через верхнее и среднее регулируемые перепускные устройства 4 с прямым замером на устье их дебита и обводненности. Контрольно - измерительными приборами 12 в процессе эксплуатации измеряют скважинные параметры.
С помощью регулируемых перепускных устройств 4 дистанционно регулируют отбор флюида с пластов 10, 19 и 11 при их совместной эксплуатации, а также раздельный отбор флюида с пластов 10 или 19 или 11 с прямым замером на устье их дебита и обводненности.
Скважинная насосная установка позволяет осуществлять разобщение и управление потоками скважинного флюида нескольких объектов разработки с прямым замером на устье параметров скважинного флюида (нефти, газа и др.), в том числе, включающем замеры обводненности и газового фактора в режиме реального времени, осуществлять контроль параметров скважинного флюида в лифте при эксплуатации скважины в режиме реального времени, проводить на устье скважины прямые замеры дебита и обводненности.
Кроме этого осуществлять закачку рабочего агента в скважину в процессе эксплуатации одного или нескольких пластов, а также осуществлять периодическое отсекание и изолирование пласта или интервалов негерметичности.