Распределитель потока жидкости в системах поддержания пластового давления
FLUID FLOW DISTRIBUTOR IN FORMATION PRESSURE MAINTENANCE SYSTEMS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно для закачки воды в нефтеносные пласты для поддержания в них оптимальной величины давления.
Известны способ разработки нефтяных пластов и оборудование кустовой насосной станции с участком нефтяного месторождения (патент RU № 2265120, МПК Е21В 43/20, опубл. 27.11.2005 в Бюл. № 33), в котором реализуется оборудование и система их расположения на кустовой насосной станции и на участке разрабатываемого нефтяного месторождения, включающие куст насосной станции, размещенные в ней силовые насосные агрегаты, выкидные водопроводы, распределительные узлы и проложенные до нагнетательных скважин нагнетательные водопроводы, блоки управления и контроля, причем насосы на кустовых насосных станциях состоят из насосов, образующих две ступени откачки: первая ступень состоит из центробежных или поршневых насосов, приводимых в работу электродвигателями, вторая ступень представляет собой гидравлические насосы-измерители, каждый из которых установлен на начале водопровода, идущего к отдельным нагнетательным скважинам после распределительного узла, которые состоят их двух секций, выполняющих функцию трансформирования гидравлической энергии до определенных необходимых величин давления нагнетания, осуществляемого путем подбора соотношений диаметров первой секции, выполняющей функции измерителя расхода и гидравлического двигателя, и второй секции, выполняющей функцию дожимного насоса, позволяющего повысить давление откачиваемой воды до определенной величины и регулировать его производительность до определенной величины, что обеспечено подбором отдельных секций, штоком и приемно-нагнетательными трубами, а выкид дожимной секции - с нагнетательным водопроводом, далее колонной нагнетательных труб, находящихся в скважине, при этом управление работой гидравлических насосов и измерение необходимых параметров, характеризующих режимы работы системы «насосы откачки - водопровод - скважина», предусмотрены блоком управления, измерений и регулирования режимов работы по сигналам детекторов положения поршней при возвратно-поступательном их движении в отдельных и групповых блочных помещениях, где установлены электросчетчики с возможностью передачи в диспетчерские пульты для обработки по отдельным программам в компьютерных устройствах и определения эффективности работы всей системы нагнетания.
Недостатками данной системы являются сложность реализации и настройки, так как на каждую скважину устанавливается отдельный насос-измеритель, который сложен в изготовлении и настройке, при этом сложно синхронизировать по нагрузке центробежные и поршневые насосы.
Наиболее близким по технической сущности является переключатель скважин многоходовой (патент RU № 2598490, МПК F16K 11/085, E21B 34/02, опубл. 27.09.2016 в Бюл. № 27), содержащий корпус с установленным в нем обечайкой с отверстиями для подключения патрубков подачи рабочей жидкости, поворотный канал для отбора жидкости с подпружиненным подвижным уплотнительным узлом, снабженным роликами, причем корпус уплотнительного узла и обечайка с отверстиями выполнены из нержавеющей стали, а отверстия в обечайке выполнены диаметром меньше внутреннего диаметра подводящего трубопровода на 3-5 мм, кроме того, по контуру отверстий и между отверстиями обечайки выполнены сварные соединения с корпусом.
Недостатками данного переключателя скважин являются низкая надежность из-за необходимости уплотнения большой площади по периметру обечайки, которая вращается, и соединения отверстий обечайки с патрубками при помощи подвижного уплотнительного узла, узкая область применения так как распределение потока жидкости осуществляется только в принудительном порядке при повороте обечайки без защиты от гидроударов.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание простой и надежной конструкции распределителя потока жидкости в системах поддержания пластового давления, позволяющей распределять поток жидкости между скважинами с различной приемистостью в автоматическом режиме с минимальным количеством подвижных деталей и защитой о гидроударов при помощи гидрокомпенсатора.
Техническая задача решается распределителем потока жидкости в системах поддержания пластового давления (ППД), включающим корпус с патрубком для подачи рабочей жидкости и каналами для отбора жидкости, один из которых снабжен подпружиненным уплотнительным узлом с седлом.
Новым является то, что первый канал, сообщенный с первой группой скважин с высокой приемистостью и низким давлением закачки, с уплотнительным узлом расположен под прямым углом к патрубку, имеющему площадь поперечного сечения превосходящую пропускную площадь открытого уплотнительного узла, отжимаемого от седла пружиной с усилием, превосходящим усилие прижатия уплотнительного узла к седлу в закрытом состоянии, второй канал, соосный с патрубком и сообщенный со второй группой скважин с меньшей проницаемостью и более высоким давлением закачки по сравнению с первой группой, дополнительно оснащен гидравлическим сопротивлением и гидрокомпенсатором, установленным между второй группой скважин и гидравлическим сопротивлением.
На фиг. 1 изображена схема установки распределителя потока в системе ППД.
На фиг. 2 изображена схема распределителя потока с частичным продольным разрезом.
Перед закачкой жидкости нагнетательные скважины 1 (фиг. 1) и 2 разбивают на две группы скважин 1 или 2: первая – со скважинами 1 с высокой приемистостью и низким давлением закачки; вторая – со скважинами 2 с меньшей проницаемостью и более высоким давлением закачки по сравнению с первой группой скважин 1. Группы скважин 1 и 2 соединяют через разделитель потока 3 с кустовой насосной станцией (КНС) 4. Разделитель потока 3 жидкости содержит корпус 5 (фиг. 2) с патрубком 6 для подачи рабочей жидкости с КНС 4 (фиг. 1) и каналами 7 (фиг. 2) и 8 для отбора жидкости. Первый канал 7 снабжен уплотнительным узлом 9 с пружиной 10 и седлом 11. Первый канал 7, сообщенный с первой группой скважин 1 (фиг. 1), с уплотнительным узлом 9 (фиг. 2) расположен под прямым углом к патрубку 6, имеющему площадь поперечного сечения превосходящую пропускную площадь открытого уплотнительного узла 9. Уплотнительный узел 9 отжат от седла 11 пружиной 10 с усилием, превосходящим усилие прижатия уплотнительного узла 9 к седлу 11 в закрытом состоянии перепадом давлений между патрубком 6 и скважинами 1 (фиг. 1). Второй канал 8 (фиг. 2), соосный с патрубком 6 и сообщенный со второй группой скважин 2 (фиг. 1), дополнительно оснащен гидравлическим сопротивлением 12 (фиг. 2) и гидрокомпенсатором 13, установленным между второй группой скважин 2 (фиг. 1) и гидравлическим сопротивлением 12 (фиг. 2).
Гидравлическое сопротивление 12 может быть выполнено в виде патрубка с маленькими отверстиями по периметру, жиклера, подпружиненного клапана или т.п. (не показано, авторы на это не претендуют). Гидрокомпенсатор 13 может быть выполнен в виде корпуса 14 с эластичной герметичной камерой 15, цилиндра и подпружиненного от входа поршня (не показано) или т.п. (авторы на это не претендуют). Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность распределителя потока, на фиг 1 и 2 не показаны или показаны условно.
Распределитель потока работает следующим образом.
Перед закачкой жидкости нагнетательные скважины 1 (фиг. 1) и 2 разбивают на две группы скважин 1 или 2: первая – со скважинами 1 с высокой приемистостью и низким давлением закачки; вторая – со скважинами 2 с меньшей проницаемостью и более высоким давлением закачки по сравнению с первой группой скважин 1. Группы скважин 1 и 2 соединяют через разделитель потока 3 с КНС 4. С КНС 4 жидкость последовательно нагнетается через разделитель потока 3 в группы скважин 1 и 2. При этом жидкость по патрубку 6 (фиг. 2) поступает в корпус 5 и первоначально перенаправляется через уплотнительный узел 9 по каналу 7 к группе скважин 1 (фиг. 1) с высокой приемистостью и низким давлением закачки, обеспечивающими высокую скорость потока жидкости в корпусе 5 (фиг. 2). Так как площадь поперечного сечения патрубка 6 превосходит пропускную площадь открытого уплотнительного узла 9, то в промежутке между уплотнительным узлом 9 и седлом 11 скорость потока еще больше возрастает и обеспечивает снижение статического давления на этом участке (согласно закона Бернулли), в результате, преодолевая усилие пружины 10, уплотнительный узел 9 прижмется к седлу 11 и перекроет поток к каналу 7. При этом в патрубке 6 и корпусе 5 резко возрастает давление, которое через гидравлическое сопротивление 11 передается в гидрокомпенсатор 13, исключая гидроударное воздействие через канал 8 на группу скважин 2 (фиг. 1). При этом поток жидкости направляется в группу скважин 2 и заполняет, например, камеру 15 корпуса 14 гидрокомпенсатора 13, снижая давление в патрубке 6 корпуса 5. Из-за того, что усилие пружины 10 превосходит усилие прижатия уплотнительного узла 9 к седлу 11 в закрытом состоянии перепадом давлений между патрубком 6 и скважинами 1, происходит открытие под действием пружины 10 уплотнительного узла 9, и направление потока жидкости с КНС 4 (фиг. 1) к группе скважин 1. При этом жидкость из гидрокомпенсатора 13 (фиг. 2) направляется, благодаря гидравлическому сопротивлению 12, через канал 8 в группу скважин 2 (фиг. 1) и незначительно в группу скважин 1 через канал 7 (фиг.2). После чего цикл закачки из КНС 4 (фиг.1) в группы скважин 1 и 2 повторяют. Объемы закачки регулируют изменением усилия пружины 10 (фиг.2) и пропускной способностью гидравлического сопротивления 12 эмпирическим путем. На способы регулировки усилия пружины 10 и пропускной способности гидравлического сопротивления 12 авторы не претендуют, так как они известны из открытых источников. Предлагаемая конструкция разделителя потока 3 (фиг. 1) проста и надежна так как в ней минимальное количество подвижных частей – уплотнительный узел 9 (фиг.2), причем абсолютной герметичности прижатия его к седлу 11 его не требуется, так как даже при небольшом пропуске жидкости работоспособность разделителя потока 3 (фиг. 1) и объемы распределяемой жидкости сильно не изменяются, только в пределах допустимой погрешности (5 – 7 %). При этом после настройки пропускной способности разделителя потока 3 никаких внешних воздействий для распределения потоков между группами скважин 1 и 2 не требуется.
Предлагаемый распределитель потока жидкости в системах поддержания пластового давления прост и надежен из-за минимального количества подвижных деталей и наличия защиты о гидроударов при помощи гидрокомпенсатора, позволяет распределять поток жидкости между скважинами с различной приемистостью в автоматическом режиме, исключая «человеческий фактор».