УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ

Установка относится к технике добычи углеводородов и может быть использована при добыче нефти как из одного пласта, так и при одновременно-раздельной добыче нефти из нескольких изолированных друг от друга пластов с использованием одной скважины, с исключением перетоков углеводородов из одного пласта в другой.
Известно устройство для одновременно раздельной эксплуатации нескольких пластов с использованием одной транзитной скважины (см. RU 68584 U1, МПК Е21В 43/00, опубликовано 27.11.2007.). В этом устройстве содержится пакер для разделения двух пластов, два насоса, установленных каждый на своей колонне насосно-компрессорных труб (далее НКТ), размещенных в одной скважине коаксиально друг другу. Один насос-электроцентробежный - размещен снизу от пакера для перекачки нефти из нижнего пласта, для этого в пакере предусмотрен канал для электрического кабеля. Выше пакера размещен приемный клапан для штангового глубинного насоса с самим насосом для перекачки нефти из верхнего пласта. Электроцентробежный насос эксплуатирует нижний пласт, поднимая на поверхность жидкость, для которой предусмотрены каналы, позволяющие ей обтекать приемный клапан по кольцевому пространству между двумя НКТ. Из верхнего пласта штанговый насос через боковые окна приемного канала поднимает добываемую жидкость из верхнего пласта по своей колонне НКТ. Эта установка выбрана в качестве ближайшего аналога.
Недостатком данного устройства является использование штангового насоса с низкой производительностью и невозможность использования двух электроцентробежных насосов в одной колонне НКТ стандартного диаметра ввиду их больших габаритов. Кроме того, использование двух насосов, спущенных в скважину на своей колонне НКТ, усложняет их эксплуатацию и обслуживание с демонтажем, требует наличия клапана для разделения потоков жидкости из двух пластов, что уменьшает и так низкую производительность верхнего штангового насоса.
Другим недостатком известного устройства является невозможность отслеживания эксплуатации одного пласта в реальном режиме времени, а также при одновременно раздельной добыче углеводородов из каждого пласта отсутствие возможности раздельного учета добываемой жидкости и возможности регулирования режима работы насоса для каждого из разрабатываемых пластов. Если количество добываемой жидкости не соответствует прогнозируемому, либо падает добыча жидкости, либо насос начинает работать в критическом режиме, это может привести к срыву работы насоса и/или к перегреву погружного электродвигателя вследствие уменьшения количества жидкости, омывающей его. Поэтому контроль и возможность регулирования работы установки необходимы.
Задачей является повышение производительности установки при тех же габаритах используемой колонны НКТ, упрощение конструкции установки, ее эксплуатации и обслуживания, обеспечение благоприятного режима работы двигателя, отсутствие сбоя подачи добываемой жидкости, значит, повышение надежности работы всей установки. Техническим результатом является обеспечение работы насосов на одной колонне труб от одного двигателя, обеспечение безаварийной работы двигателя путем гарантированного его охлаждения.
Другой задачей является обеспечение возможности раздельного учета добываемой жидкости и возможности регулирования режима работы насоса для разрабатываемого пласта.
Задача решается конструкцией установки для одновременно-раздельной добычи углеводородов, включающей
- пакер, герметично разделяющий два продуктивных пласта скважины,
- пакер закреплен на обсадной колонне,
- электродвигатель,
- два насоса для каждого из продуктивных пластов, установленных на колонне НКТ,
- электрический кабель установлен в кабель-канал, проходящий вдоль колонны НКТ.
Отличием конструкции установки от прототипа является следующее.
- погружной электродвигатель размещен над пакером, в зоне выхода верхнего пласта, непосредственно или поблизости у верхнего пласта, между насосами:
- двигатель установлен на валу и снабжен двухсторонним выходом вала,
- вал ориентирован от двигателя вверх и вниз, вдоль колонны НКТ, и включает верхнюю и нижнюю свои части;
- оба насоса выполнены электроцентробежными и размещены каждый вблизи своей зоны притока нефти из пласта в полость скважины,
- насосы установлены на подшипниках: верхний - на верхней части вала, над двигателем, нижний - на нижней части вала, под двигателем,
- входной модуль верхнего насоса расположен выше пакера,
- нижний насос расположен под пакером или над пакером, во втором случае входной модуль нижнего насоса установлен в пакере,
- при установке нижнего насоса под пакером вал проходит сквозь пакер, в котором установлены дополнительные подшипниковые опоры, при установке нижнего насоса над пакером нижний конец вала расположен выше пакера,
- входные модули насосов в нижней своей части каждый снабжены фильтром или диспергатором, или газосепаратором,
- установка снабжена блоками геофизических датчиков (измерения давления, температуры и др.) телеметрической системы и расходомерами,
- которые установлены у входных модулей насосов или на выходе из насосов,
- входные модули насосов снабжены регуляторами расхода нефти, выполненными с регулируемым проходным сечением, установленными соосно оси вращения вала двигателя (насоса) и связанными с сервоприводами,
- блоки геофизических датчиков и расходомеры связаны линией передачи данных с приемным блоком телеметрической системы, установленным на дневной поверхности.
Как видно из сущности изобретения, установка может быть использована для одновременно-раздельной добычи нефти из нескольких пластов, разобщенных пакерным оборудованием, с установкой только одного электродвигателя в месте сбора добываемых углеводородов из нескольких пластов, с двухсторонним выходом вала, вниз и вверх, для каждого пласта со своим насосом, и насосы работают от одного двигателя. Установка выполнена с возможностью регулировки расхода нефти каждого пласта.
На фигуре 1 показан вариант установки для одновременно-раздельной добычи нефти из двух пластов, разделенных пакером, снабженной погружным электродвигателем, расположенным у верхнего пласта между нижним и верхнем электроцентробежными насосами, с размещением нижнего насоса под пакером, непосредственно у нижнего пласта. На фигуре 2 показан вариант размещения всей установки над пакером, с размещением электродвигателя у верхнего пласта между насосами, с размещением нижнего насоса также над пакером. Во втором варианте общий вал установки электродвигателя и насосов через пакер не проходит, что дает свои преимущества с точки зрения герметичности установки пакера и простоты монтажа оборудования. Стрелками показано движение добываемой нефти.
Вся установка смонтирована и спущена в скважину на одной колонне насосно-компрессорных труб.
Установка размещена в обсадной колонне 1 скважины для одновременно-раздельной добычи нефти из двух пластов: 2 - верхнего и нижнего 3. Обсадная колонна 1 скважины у залегания нефтяных пластов 2 и 3 выполнена перфорированной, как это видно из фигур. Под верхним пластом 2 размещен пакер 4, герметично разделяющий два продуктивных пласта 2 и 3 скважины. Пакер 4 закреплен на обсадной колонне 1 с помощью пакерующего резинового узла (не показано). У верхнего пласта 2, или непосредственно у перфораций обсадной колонны 1 (фиг.1), или немного выше перфораций (фиг.2), над пакером 4 размещен погружной электродвигатель 5, установленный на валу 6, с двухсторонним выходом вала 6, вниз и вверх от двигателя 5. Через вал 6 электродвигатель 5 кинематически, соосно связан с нижним центробежным насосом 7, который выполнен с секцией выброса 8 нефти, и с верхним центробежным насосом 9, с входным модулем 10, включающим газосепаратор. Насос 7 в нижней своей части снабжен входным модулем с узлом гидрозащиты и фильтром и с регулятором расхода нефти, выполненным с регулируемым проходным сечением (не показано). Вал 6 от электродвигателя 5 проходит вниз, к насосу 7, на фиг.1 сквозь пакер 4, на фиг.2 не доходя до него, и вверх, к входному модулю 10 верхнего насоса 9. Входной модуль 10 верхнего насоса 9 также снабжен узлом гидрозащиты и фильтром и выполнен с регулятором расхода нефти. Входные модули насосов 7 и 9 соответственно размещены в зонах просачивания нефти из пластов 3 и 2 в полость обсадной колонны 1. В стволе пакера 4 варианта фиг.1 установлены подшипники для передачи вращения от вала 6 к ротору нижнего насоса 7 (не показано). Нижний насос 7 имеет меньшую производительность, верхний насос 9 - большую производительность. Производительность нижнего насоса 7 рассчитана на потенциальный дебит нижнего продуктивного пласта 3, расчет верхнего насоса 9 учитывает суммарный дебит нижнего 3 и верхнего 2 пластов. В полостях выходных модулей нижнего 7 и верхнего 9 насосов соответственно установлены нижний и верхний расходомеры-дебитометры (не показано). Нижний расходомер модуля предназначен для измерения дебита добычи нефти из нижнего пласта 3, верхний расходомер модуля - для определения суммарного дебита добычи нефти из нижнего 3 и верхнего 2 пластов. Вся установка смонтирована и опущена в скважину на одной колонне 11 насосно-компрессорных труб (НКТ). На колонне 11 НКТ в специальных блоках непосредственно у разрабатываемых пластов размещены по комплекту датчиков давления и температуры телеметрической системы (не показано). Расходомеры и датчики связаны проводной линией передачи данных с приемником телеметрической системы, установленным на дневной поверхности, с помощью кабеля 12 передачи данных, по которому передаются сигналы телеметрической системы. Электрический кабель 12 вдоль колонны 11 НКТ опущен к погружному электродвигателю 5 и соединен с ним, для чего предусмотрен кабель-канал. Ввиду описанного расположения электродвигателя 5 между насосами, выше пакера, в пакерующем элементе пакера 4 не надо предусматривать дополнительные меры по герметичности пакера. Надпакерная полость 13 обсадной колонны 1 расположена несколько ниже верхнего продуктивного пласта 2 и служит для сбора нефти из верхнего продуктивного пласта 2 и нижнего продуктивного пласта 3 через секцию выброса 8. Верхний насос 9 подает нефть как из верхнего пласта 2, так и из нижнего 3 пласта, которая скапливается над пакером 4, наверх, на дневную поверхность.
Как видно из чертежей, пакер 4 разделяет два продуктивных пласта 2 и 3, размещен либо между двумя насосами 7 и 9, перекачивающими нефть из разделенных пластов (фиг.1), либо ниже насосов. Насосы 7 и 9 и погружной электродвигатель 5 установлены на один вал 6 с использованием подшипников. Вал 6 является одним общим приводом для них и приходит во вращение от одного электродвигателя, питаемого от одного электрического кабеля 12. Всю установку собирают на дневной поверхности.
Регуляторы расхода нефти во входных модулях насосов 7 и 9 соответственно каждый могут быть выполнены в виде двух соосно расположенных цилиндрических поверхностей, установленных друг относительно друга без зазора в пределах допуска изготовления, вплотную. Наружная цилиндрическая поверхность регулятора выполнена с продольными отверстиями, ориентированными вдоль оси, в виде цилиндрической решетки. Одна из поверхностей установлена неподвижно, а другая - с возможностью подвижки (скольжения) относительно первой, причем подвижка поверхностей одна относительно второй осуществлена поступательно по дуге окружности ее основания, с возможностью перекрытия отверстий. Возвратно-поступательные движения по дуге окружности подвижная цилиндрическая поверхность совершает с помощью электропривода, управляемого телеметрической системой (не показано).
В качестве электроцентробежных насосов были использованы: нижний - трехсекционный ЭЦНД-80-729, верхний - трехсекционный ЭЦНД-200. В качестве погружного электродвигателя - ПЭД-110 кВт. В качестве датчиков были использованы датчики типа ТМС и ТМСР (с расходомерами).
Установка работает следующим образом.
В обсадную колонну 1 скважины, являющейся транзитной для верхнего пласта 2 и нижнего пласта 3 и выполненной в месте расположения пластов перфорированной, на колонне 11 насосно-компессорных труб опускают механический пакер 4 и размещенные на общем усиленном валу 6 на подшипниках электродвигатель 5 и по обе стороны от электродвигателя 5 по высоте нижний 7 и верхний 9 электроцентробежные насосы. Установку размещают так, чтобы электродвигатель 5 находился выше пакера у зоны сбора нефти как из пласта 2, так и из пласта 3, в зоне перфорации обсадной колонны 1 у верхнего пласта 2 или несколько выше, как показано на фиг.2. Вместе с установкой в скважину опускается уже установленный в кабель-канал электрический кабель 12, который подключен к погружному электродвигателю 5. Пакер 4 закрепляется на внутренней поверхности обсадной колонны 1, герметично разъединяя пласты 2 и 3. Электрический кабель 12 подсоединяется к соответствующей сети, а кабель передачи данных - к системе управления телеметрической системы (на чертеже не показано), работающей в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Включается погружной электродвигатель 5, и ротор двигателя через подшипники начинает передавать вращение на единый вал 6 и далее - на нижний 7 и верхний 9 центробежные насосы. Насосы начинают отбирать жидкость из продуктивных пластов 3 и 2, нагнетая ее наверх по колонне 11 НКТ. Расходомерами верхних модулей нижнего 7 и верхнего 9 насосов соответственно измеряется количество прошедшей через установку нефти из нижнего пласта 3 и суммарную из обоих пластов. Одновременно отслеживаются условия состояния пластов 2 и 3 скважин с помощью датчиков телеметрической системы, показания которых, преобразованные в электрические сигналы, передаются наверх по кабелю передачи данных в систему управления. Туда же одновременно передаются и показания расходомеров также в виде электрических сигналов. Такая передача данных в процессе добычи нефти позволяет в режиме он-лайн получать информацию о состоянии скважин и величине добытой нефти. При изменении этих условий возможно регулирование работы установки. Датчики телеметрической системы отслеживают изменение условий работы, и, исключая последствия такого изменения, автоматически или вручную, система управления телеметрической системы подаст сигнал к соответствующим сервоприводам для изменения проходного сечения регулятора расхода нефти во входном блоке соответствующего насоса, что приведет к нормализации условий добычи. Можно также изменить скорость вращения двигателя 5 для изменения объема подачи нефти из пластов. Ввиду вышеуказанного расположения двигателя 5 над пакером, в зоне сбора нефти из обоих пластов, у перфорации обсадной колонны 1 у верхнего пласта 2 или несколько выше, жидкость, скапливающаяся выше пакера 4, просочившаяся из пласта 2, и жидкость, выброшенная из секции выброса 8 насоса 7 из нижнего пласта 3, количество которых в сумме определяется дебитом не одного, нижнего пласта, а двух пластов, верхнего и нижнего, надежно омывает и охлаждает двигатель 5, в отличие от конструкции, в которой двигатель был бы размещен у нижнего пласта, где количество омывающей его жидкости меньше, чем над пакером. При уменьшении дебита нижнего пласта погружной электродвигатель 5 не окажется в условиях недостаточного количества жидкости, омывающей и охлаждающей его, и не случится его перегорания и/или срыва подачи нефти.