СПОСОБ ДЛЯ ПОДЪЕМА НЕФТИ ИЛИ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF OIL LIFTING OR THERMAL FORMATION TREATMENT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к техническим средствам для тепловой обработки продуктивного пласта, а также к способам и техническим средствам для подъема продукции из скважин со сверхвязкой нефтью и природными битумами.
В частности, известен пневматический водоподъемник замещения (А.с. №1242648, МПК F04F 1/08, опубл. 07.07.86, Бюл. №25), включающий камеру замещения, водоподъемные и воздухоподводящие трубы, нагнетательный и всасывающий клапаны.
Способ, осуществляемый при помощи водоподъемника, включает спуск водоприемника на воздухоподводящей трубе в скважину, спуск в воздухоподводящую трубу водоподъемной трубы, опору камеры водоприемника на забой, промывку фильтра и водоносного пласта, подъем водоприемника ниже верхней границы водоносного пласта с засасыванием воды в камеру скважинной жидкости, подачу воздуха по воздухоподводящей трубе с вытеснением жидкости из камеры и подъему ее на поверхность по водоподъемной трубе, выпуск сжатого воздуха из воздухоподводящей трубы с засасыванием скважинной жидкости в камеру, циклическое повторение циклов вытеснения и закачки скважинной жидкости.
Недостатками этого устройства являются необходимость периодического перемещения устройства в забое для чередования воздействия на пласт и вытеснения жидкости из забоя, для чего необходимо проведение дополнительных спуско-подъемных операций и разгерметизация устья скважины, что дополнительно может приводить к выходу воздуха из камеры высокого давления в скважине, образовавшейся при предыдущей обработке пласта, на дневную поверхность, и создавать угрозу безопасности персонала и сохранности наземного оборудования, или к непланируемым простоям скважины и оборудования с целью ожидания падения давления в скважине, а также неспособность работы устройства в горизонтальном положении. При этом для обеспечения работы в автоматическом режиме откачки водоподъемник должен оснащаться специальной системой циклической подачи и выпуска сжатого воздуха, при этом для совершения работы по перекачке жидкости не используются упругие свойства воздуха, отработанный воздух выбрасывается в атмосферу, что приводит к снижению экономичности водоподъемника.
Наиболее близкой по достигаемому результату является установка для подъема высоковязких жидкостей (А.с. №800418, МПК F04B 47/00, F04F 1/00, опубл. 30.01.81 г. Бюл. №4) преимущественно из скважины, содержащая камеру вытеснения, колонны труб для прохода поднимаемой жидкости и подачи рабочего агента, а также приемный и нагнетательный клапаны, установленные в соответствующих полостях, при этом установка снабжена корпусом, установленными по его концам верхним и нижним седлами, в последнем из которых расположен приемный клапан, и муфтой перекрестного течения с проходными каналами, установленной в верхнем седле, причем один канал муфты гидравлически сообщен с камерой, а другой - с нагнетательной полостью и колонной труб для прохода поднимаемой жидкости.
Способ, реализуемый установкой, заключается в чередовании тепловой обработки призабойной зоны пласта паром и откачки продукции с помощью устройства, содержащего корпус, приемный и нагнетательный клапаны, муфту перекрестного течения, камеру вытеснения, при этом предварительное заполнение камеры вытеснения откачиваемой продукцией скважины осуществляется после прекращения подачи пара в устройство за счет его полной конденсации, а вытеснение продукции свежей порцией пара при возобновлении его подачи в устройство.
Существенным недостатком этого наиболее близкого аналога является то, что для переключения режимов работы установки (чередования тепловой обработки призабойной зоны пласта паром и откачки продукции) с помощью приемного клапана насоса приходится приподнимать или опускать колонну пароподвода, что приводит к разгерметизации устья скважины и к выходу пара высокого давления из паровой камеры, образовавшейся в пласте скважины при предыдущей тепловой обработке, на дневную поверхность, охлаждению призабойной зоны пласта и, как показывает современный опыт, создает реальную угрозу безопасности персонала и сохранности наземного оборудования и, в результате, зачастую, к невозможности использования установки по назначению или непланируемым простоям скважины и оборудования с целью ожидания падения давления в скважине, а также к необходимости дополнительных затрат тепловой энергии для подогрева призабойной зоны пласта до первоначальной температуры. Недостатками этого аналога также являются необходимость (для организации непрерывной циклической подачи пара) снабжения устройства дополнительной специальной системой, управляемой датчиками, сигнализирующими об окончании конденсации пара в камере вытеснения и то, что для совершения работы по перекачке жидкости не используются упругие свойства пара, что снижает КПД устройства.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности использования скважин и оборудования при разработке залежей высоковязкой нефти и природных битумов тепловыми методами на основе сокращения эксплуатационных затрат путем автоматизации и расширения функциональности оборудования при постоянной закачке пара, повышения эксплуатационной надежности скважин-ного оборудования в результате отказа от электромеханического привода, улучшения условий безопасной работы на установке за счет исключения необходимости разгерметизации устья скважины, совершенствования преобразования в полезную работу затрачиваемой на добычу нефти энергии путем наиболее полного и рационального использования энергии подаваемого пара.
Поставленная техническая задача решается способом для подъема нефти или теплового воздействия на пласт, включающим непрерывающуюся и непрекращающуюся во время нормальной эксплуатации скважины указанным способом закачку рабочего агента в парообразном состоянии по соответствующей колонне труб в рабочую камеру с отбором продукции пласта в рабочую камеру через всасывающие клапаны из забоя скважины, чередующимся с подъемом продукции пласта по соответствующей колонне труб через основной нагнетательный клапан типа предохранительного на дневную поверхность, или периодическое нагнетание рабочего агента через рабочую камеру и внутрискважинное пространство в пласт с отключением отбора в рабочую камеру и подъема продукции пласта на дневную поверхность.
Новым является то, что нагнетание рабочего агента производят в пласт с перекрытием на устье скважины колонны труб для прохода поднимаемой жидкости через рабочую камеру и дополнительный нагнетательный клапан, настроенный на давление настройки для открытия большее, чем давление настройки для открытия основного нагнетательного клапана, причем циклические подъемы продукции пласта и отборы его в рабочую камеру осуществляют при постоянной подаче рабочего агента в камеру вытеснения через дроссель, обеспечивающий нелинейное изменение и ограничение расхода подаваемого рабочего агента, поступающего в конденсационную камеру, при падении давления в камере в результате открытия гидравлического реле до давления на забое скважины для обеспечения поступления продукции пласта через всасывающий клапан в камеру.
Поставленная задача решается устройством для подъема нефти или теплового воздействия на пласт, содержащим камеру вытеснения, колонны труб для прохода поднимаемой жидкости и подачи высокотемпературного рабочего агента в парообразном состоянии, а также приемный клапан, сообщенный с внутрискважинным пространством, и нагнетательный клапан, сообщенный с колонной труб для прохода поднимаемой жидкости.
Новым является то, что основной нагнетательный клапан настроен на давление открытия, которое определяется расчетным давлением в колонне труб для подачи высокотемпературного рабочего агента за вычетом противодавления в колонне труб для прохода поднимаемой жидкости, а рабочая камера снабжена дополнительным клапаном, сообщенным с внутрискважинным пространством и выполненным с возможностью открытия при давлении, превосходящем давление настройки открытия основного нагнетательного клапана, и гидравлическим реле, сообщенным с внутрискважинным пространством и выполненным с возможностью открытия при заполнении рабочей камеры рабочим агентом и закрытия при заполнении рабочей камеры продукцией пласта, а также дросселем, сообщенным с колонной труб для подачи рабочего агента и обеспечивающим нелинейное изменение и ограничение расхода подаваемого рабочего агента, поступающего в рабочую камеру, при падении давления до давления на забое скважины при открытии гидравлического реле для обеспечения поступления продукции пласта через приемный клапан в камеру при непрерывной подаче рабочего агента в ту же камеру, причем интервалы времени выдержки реле определяются: в открытом положении - временем заполнения рабочей камеры продукцией пласта, в закрытом положении - временем заполнения камеры рабочим агентом.
На чертеже представлена схема устройства для подъема нефти или теплового воздействия на пласт.
Устройство не имеет движущихся частей и включает в себя: рабочую камеру 1, блок всасывающих клапанов 2, блок нагнетательных клапанов 3. К рабочей камере 1 подсоединены колонна труб для подачи рабочего агента в парообразном состоянии - паропровод 4 и колонна труб для прохода поднимаемой жидкости - выкидная линия 5, дополнительный клапан 6 и гидравлическое реле 7. Высокотемпературный агент в парообразном состоянии (например: водяной пар) поступает в рабочую камеру 1 по паропроводу 4 через быстроразъемное соединение 8 и дроссель 9.
Дополнительный клапан 6 имеет разъемное соединение для подсоединения трубы необходимой длины для доставки пара в нужное место забоя (на черт. не показано). При доставке пара в пласт выкидную линию 5 перекрывают на дневной поверхности с помощью штатного запорного устройства.
Для разогрева пласта (на чертеже не показан) перекрывают выкидную линию 5 на устье скважины (на чертеже не показано), после чего пар по паропроводу 4 через быстроразъемное соединение 8, дроссель 9, камеру 1 и дополнительный клапан 6 подают во внутрискважинное пространство (на черт. не показано) и далее в пласт.
Для откачки жидкости из забоя выкидную линию 5 открывают, дополнительный клапан 6 автоматически закрыт до следующей закачки рабочего агента в пласт, так как его настраивают для открытия при давлении выше давления открытия нагнетательных клапанов 3. Нагнетание пара в рабочую камеру 1 осуществляют по паропроводу 4 через быстроразъемное соединение 8, дроссель 9, при этом циклически выполняются три последовательных процесса: нагнетание, всасывание и рекуперация теплоты в жидкости.
Рабочий агент, поступающий в рабочую камеру 1, обменивается теплом с жидкостью, поступившей из забоя, до равновесной температуры, после чего в рабочей камере 1 образуется паровая фаза, и давление в камере растет до давления нагнетания, пар, расширяясь до давления в выкидной линии 5, совершает полезную работу по нагнетанию жидкости через нагнетательные клапаны 3 в выкидную линию 5 за счет упругих свойств пара. После нагнетания жидкости из рабочей камеры 1 гидравлическое реле 7 переходит в нормально открытое положение и гидравлически сообщает рабочую камеру 1 с забоем скважины (на черт. не показано), что приводит к резкому снижению давления в камере 1 и влечет нелинейное изменение и ограничение расхода пара через дроссель 9. В результате выравнивания давления в камере 1 и на забое скважины приемный клапан 2 типа обратного открывается, жидкая фаза продукции пласта из межтрубного пространства под действием гравитационных сил и пластового давления поступает в камеру 1 через приемный клапан 2 и реле 7. Дроссель 9 предназначен для нелинейного изменения и ограничения расхода подаваемого рабочего агента, поступающего в конденсационную камеру 1 при резком снижении давления при открытии гидравлического реле 7, что не позволяет компенсировать разряжение в камере 1 давлением нагнетаемого пара, а способствует его полной конденсации в результате тепло- и массообмена с пластовой жидкостью, что также содействует более интенсивному всасыванию продукции скважины из забоя и интенсификации тепло- и массообмена между паром и продукцией скважины. Время выдержки реле 7 в нормально открытом положении определяется объемом рабочей камеры 1 и временем заполнения камеры 1 жидкостью. После завершения процесса тепло- и массообмена между паром и жидкостью и одновременного заполнения камеры 1 пластовой жидкостью до установленного при настройке реле 7 уровня, реле 7 переходит в нормально закрытое положение, давление в камере 1 нелинейно растет за счет появления паровой фазы рабочего агента, происходит закрытие приемного клапана 2, давление пара после дросселя 9 нелинейно растет, давление в камере 1 достигает давления нагнетания и продукция через клапаны 3 и выкидную линию 5 поднимается на поверхность. После завершения процесса нагнетания и одновременного заполнения камеры 1 парообразным рабочим агентом до установленного при настройке реле 7 уровня, реле 7 переходит в нормально открытое положение. При дальнейшей и бесперебойной подаче пара по паропроводу в камеру 1 установка продолжит работать в автоматически продолжающемся циклическом режиме.
Для дополнительной закачки рабочего агента в пласт выкидную линию 5 перекрывают на устье, после чего пар по паропроводу 4 через быстроразъемное соединение 8, дроссель 9, камеру 1 и дополнительный клапан 6 подают во внутрис-кважинное пространство и далее в пласт. Для возобновления рабочего цикла подъема продукции скважины на дневную поверхность достаточно открыть выкидную линию 5. Любое переключение режимов работы устройства происходит без разгерметизации устья скважины.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство для подъема нефти или теплового воздействия на пласт позволяют решить поставленную техническую задачу повышения эффективности использования скважин и оборудования при разработке залежей высоковязкой нефти и природных битумов тепловыми методами.
Сокращение эксплуатационных затрат достигается возможностью выполнения одним устройством в автоматическом режиме двух функций, - закачку пара в пласт и откачку продукции на дневную поверхность, в результате чего исключается необходимость проведения спускоподъемных операций для смены режимов работы и технологических операций.
Сокращение эксплуатационных затрат достигается также за счет повышения эксплуатационной надежности скважинного оборудования, а именно за счет увеличения продолжительности безотказной работы ввиду отсутствия в конструкции устройства:
- движущихся составных частей и интенсивного износа в результате трения в условиях повышенного содержания в откачиваемой жидкости твердых частиц;
- погружного электропривода и электрических частей, подверженных перегреву;
- штангового привода подверженного потере устойчивости и снижению циклической прочности в изогнутом профиле скважины;
- причин возникновения отказов оборудования в условиях возможности образования паровых пробок на забое.
Сокращение эксплуатационных затрат достигается также за счет рационального использования энергии рабочего агента, а именно за счет исключения случаев вынужденного проветривания скважины в отсутствие спускоподъемных операций, а также в основном за счет использования эффективных термодинамических процессов преобразования внешней и скрытой теплоты пара в полезную работу по подъему продукции скважины на дневную поверхность без механического привода.
При этом из стоимости эксплуатации исключаются трудозатраты на многократное производство подземных ремонтов, потери от недобора нефти при вынужденном простое на ремонт и сопутствующие траты на транспортировку и перемещение оборудования для проведения спускоподъемных операций, в результате повышается полезная отдача скважин и оборудования, а также улучшаются условия безопасного труда из-за отсутствия возможности неконтролируемого выброса пара.
Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность использования скважин и оборудования при разработке залежей высоковязкой нефти и природных битумов тепловыми методами на основе сокращения эксплуатационных затрат путем автоматизации при постоянной закачке пара и расширения функциональности оборудования, увеличения времени безотказной работы скважинного оборудования за счет отказа от электромеханического привода, повышения уровня безопасности работы на скважине за счет исключения необходимости разгерметизации устья скважины, повышения КПД устройства за счет усовершенствования преобразования в полезную работу затрачиваемой на добычу нефти энергии путем более полного и рационального использования энергии пара.