УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ РАЗРАБОТКИ ДВУХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ ОДНОЙ СКВАЖИНОЙ

Область техники
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к устройствам для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважины штанговыми насосами на месторождениях углеводородов с трудноизвлекаемыми запасами.
Уровень техники
Согласно пункта 113 Правил охраны недр ((ПБ 07-601-03) Постановление Госгортехнадзора России от 06.06.03 N 71 (зарегистрировано Минюстом России 18.06.03, peг. N4718)) «одновременно-раздельная эксплуатация нескольких эксплуатационных объектов одной скважиной допускается при наличии сменного внутрискважинного оборудования, обеспечивающего возможность реализации раздельного учета добываемой продукции, промысловых исследований каждого пласта раздельно и проведения безопасного ремонта скважин с учетом различия давлений и свойств пластовых флюидов». Таким образом, оборудование скважины при эксплуатации скважиной двух пластов должно включать в себя средство эксплуатации этих пластов как раздельно, так и вместе.
Среди таких средств из уровня техники известна установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине, согласно патенту на полезную модель RU 59138 от 13.03.2006, опубл. 10.12.2006. Согласно опубликованной формуле полезной модели, установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине, содержит колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, пакер, два последовательно установленных штанговых насоса. Верхний насос вдоль наружной поверхности имеет боковой дополнительный канал (байпас) с всасывающим клапаном на приеме и нагнетательным клапаном на выкиде в полость колонны лифтовых труб, а нижний насос имеет всасывающий клапан на входе в его цилиндр, нагнетательный клапан - на входе в его плунжер. При этом полые плунжеры обоих насосов соединены соосно полым штоком, с возможностью сквозного прохождения потока жидкости из нижнего пласта через общий канал в полость колонны полых штанг и далее на поверхность с расположенным на ней оборудованием подачи реагентов, отличающаяся тем, что вокруг полого штока установка имеет межплунжерную полость переменного сечения, ограниченную сверху нижним торцом плунжера верхнего насоса, снизу - верхним торцом плунжера нижнего насоса, внутренней поверхностью соединительного патрубка и внутренними поверхностями цилиндров верхнего и нижнего насосов, которая сообщается через приемный клапан с затрубным надпакерным пространством, а через байпас с расположенным в нем нагнетательным клапаном сообщается с лифтовой полостью колонны НКТ. При этом межплунжерная полость, изменяясь в объеме за счет ввода-вывода в нее плунжеров с разным диаметром, в случае применения верхнего насоса меньшего диаметра, чем нижний, является полостью нагнетания и всасывания одновременно, а в случае применения верхнего насоса большего диаметра является только полостью всасывания, а полостью нагнетания является лифтовая полость колонны НКТ.
Раскрытая в патенте RU 59138 установка была принята в качестве ближайшего аналога для настоящей полезной модели.
Общими для заявленной полезной модели и полезной модели, согласно прототипу, являются признаки: установка для одновременно-раздельной разработки двух эксплуатационных объектов, располагающаяся в колонне обсадных труб, включающая в себя средство изоляции эксплуатационных объектов друг от друга/первый канал, гидравлически соединенный с первой залежью; второй канал, гидравлически соединенный со второй залежью.
Указанное решение обладает рядом недостатков. Использование двух насосов приводит к низкой надежности двухлифтовой установки, по сравнению с однолифтовой, эксплуатируемой одним насосом, а также высокую ресурсоемкость.
Раскрытие полезной модели
Перед разработчиками настоящей полезной модели стояла задача, заключающаяся в обеспечении возможности одновременно раздельной разработки двух эксплуатационных объектов в скважине с использованием лишь одного насоса. Таким образом, технический результат, обеспечиваемый настоящей полезной моделью, заключается в увеличении надежности установки для одновременно-раздельной разработки двух эксплуатационных объектов в скважине, а также в снижении ресурсоемкости установки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что установка для одновременно-раздельной разработки двух эксплуатационных объектов, располагающаяся в колонне обсадных труб, включает в себя средство изоляции эксплуатационных объектов друг от друга; первый канал, гидравлически соединенный с первой залежью; второй канал, гидравлически соединенный со второй залежью.
При этом установка отличается от ближайшего аналога тем, что установка включает в себя первый клапан-отсекатель, выполненный с возможностью перекрытия и пропускания потока жидкости через первый канал и изменения своего состояния при воздействии на него первого управляющего сигнала; а также второй клапан-отсекатель, выполненный с возможностью перекрытия и пропускания потока жидкости через второй канал и изменения своего состояния при воздействии на него второго управляющего сигнала. При этом первый и второй каналы гидравлически соединены с объемом колонны обсадных труб, и по меньшей мере один из первого и второго клапанов-отсекателей снабжен средством фиксации.
При помощи заявленной установки возможно посредством подачи управляющих сигналов перекрывать и пропускать поток флюида в первом и во втором канале отдельно, при этом эксплуатация пластов скважиной может производиться при помощи одним насосом.
Ниже будет приведено описание наиболее предпочтительного варианта осуществления раскрытой полезной модели со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание прилагаемых чертежей
Фиг.1 изображает схему скважины с размещенной в ней установкой для одновременно-раздельной разработки двух эксплуатационных объектов.
Фиг.2 изображает детальную схему предпочтительного варианта установки для одновременно-раздельной разработки двух эксплуатационных объектов.
Фиг.3 изображает вид сбоку клапана-отсекателя, содержащего один из возможных вариантов средства фиксации.
Фиг.4 изображает вид спереди клапана-отсекателя, содержащего один из возможных вариантов средства фиксации.
Фиг.5 изображает схему скважины с размещенной в ней посредством закрепления на хвостовике насоса установкой для одновременно-раздельной разработки двух эксплуатационных объектов.
Варианты осуществления полезной модели
На Фиг.1 изображена принципиальная схема установки 1 для одновременно-раздельной разработки двух эксплуатационных объектов одной скважиной в наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели. Эксплуатационными объектами в данном случае являются первая залежь 2 и вторая залежь 3. Залежи могут быть гидравлически соединены с объемом колонны обсадных труб посредством отверстий 4 в теле обсадной трубы и изолированы при помощи средства изоляции. Средство изоляции может включать в себя пакеры 5 и 6.
Для целей описания настоящей полезной модели нижняя залежь условно обозначена на чертежах как «Залежь I», а верхняя как «Залежь II». Соответственно канал, который гидравлически соединен с залежью I, обозначен как первый канал, а канал, который гидравлически соединен с залежью II, обозначен как второй канал.
Для гидравлического соединения установки с обеими залежами установка содержит две колонны лифтовых труб: первую колонну 7 лифтовых труб и вторую колонну 8 лифтовых труб. Первая колонна 7 лифтовых труб гидравлически соединена с залежью I через соответствующий изолированный при помощи средства изоляции объем внутри обсадной трубы. Соединение может осуществляться через открытый нижний торец 9 первой колонны 7 лифтовых труб. Таким образом, первая колонна 7 лифтовых труб вместе с соответствующим изолированным объемом внутри обсадной трубы формируют часть первого канала.
Первая колонна 8 лифтовых труб гидравлически соединена с залежью II через соответствующий изолированный при помощи средства изоляции объем внутри обсадной трубы. Соединение может осуществляться через отверстия 10 в теле первой колонны 8 лифтовых труб. Таким образом, верхняя колонна 8 лифтовых труб вместе с соответствующим изолированным объемом внутри обсадной трубы формируют часть второго канала.
Далее, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящей полезной модели, первая колонна 7 гидравлически соединена с первым клапанным отсеком 11. Первый клапанный отсек 11 в свою очередь гидравлически соединен с межтрубным пространством 12. При этом первый клапанный отсек 11 содержит первый клапан-отсекатель 13, выполненный с возможностью перекрытия и пропускания потока жидкости из первого клапанного отсека 11 в межтрубное пространство 12 и изменения своего состояния при воздействии на него первого управляющего сигнала.
Здесь под состояниями клапана-отсекателя имеются в виду его положение по отношению к потоку жидкости через канал. В предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели имеются два основных состояния: закрыт и открыт.
В варианте осуществления, представленном на фигурах чертежей, первый клапан-отсекатель 13 содержит клапан-отсекатель со штуцером, первый управляющий сигнал может являться гидравлическим сигналом, содержащим определенное значение расхода через первый канал.
Под расходом здесь понимается количество жидкости (газа), протекающее в единицу времени через сечение, перпендикулярное линиям тока (Горная энциклопедия - М.: Советская энциклопедия, Под редакцией Е.Д.Козловского, 1984 - 1991). При применении клапана-отсекателя со штуцером играет роль объемный расход.
Возможная конструкция первого клапана-отсекателя раскрывается в настоящем описании ниже.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящей полезной модели, вторая колонна 8 гидравлически соединена со вторым клапанным отсеком 14. Второй клапанный отсек 14 в свою очередь гидравлически соединен с межтрубным пространством 12. При этом первый второй отсек 14 содержит второй клапан-отсекатель 15, выполненный с возможностью перекрытия и пропускания потока жидкости из второго клапанного отсека 14 в межтрубное пространство 12 и изменения своего состояния при воздействии на него второго управляющего сигнала.
В варианте осуществления, представленном на фигурах чертежей, второй клапан-отсекатель 15 содержит пару седло-шар. При этом второй управляющий сигнал может являться гидравлическим сигналом, содержащим определенное значение давления столба жидкости в межтрубном пространстве 12.
Возможная конструкция второго клапана-отсекателя раскрывается в настоящем описании ниже.
Для дополнительной фиксации клапана-отсекателя в требуемом положении клапан-отсекатель снабжен средством фиксации. В качестве средства фиксации может быть использован механизм, аналогичный по своей конструкции механизму фиксации авторучки. Более подробно возможная конструкция средства фиксации раскрывается в настоящем описании ниже.
Для обеспечения необходимого забойного давления залежи с большим требуемым забойным давлением установка снабжена регулятором 16 перепада давления потока. Предпочтительно такой регулятор 16 перепада давления потока выполняется в канале, гидравлически соединенном с залежью с большим давлением. В варианте осуществления, представленном на чертежах, таким каналом является второй канал, гидравлически соединенный с залежью II. Возможные состояния регулятора 16 перепада давления потока могут быть аналогичными состояниям клапанов-отсекателей. Возможная конструкция регулятора 16 перепада давления потока раскрывается в настоящем описании ниже. Для обеспечения необходимого забойного давления залежи с меньшим требуемым забойным давлением требуемое значение забойного давления может быть обеспечено путем задания параметров отбора смеси средством извлечения смеси 19.
Установка 1, согласно настоящей полезной модели устанавливается в обсадную трубу 17 скважины, которой предполагается одновременно-раздельная разработка двух эксплуатационных объектов, в обсадную трубу скважины. При этом скважина должна быть снабжена средством 18 закачки в межтрубное пространство технической жидкости, например воды. Под межтрубным пространством в настоящей заявке понимается пространство, ограниченное снаружи обсадной трубой, а изнутри лифтовыми трубами и каналами установки. В качестве средства 18 закачки в межтрубное пространство технической жидкости может быть использовано любое из известных технических средств, пригодных для этой цели, например насосная установка.
Также скважина должна быть снабжена средством 19 извлечения добываемой смеси. В качестве него может быть применено любое известное глубинно-насосное оборудование, используемое для эксплуатации одной залежи.
Одна из возможных конструкций клапанов-отсекателей и регулятора 16 перепада давления потока может быть описана со ссылкой на фиг.2. Такая конструкция включает в себя цилиндр 20 с отверстиями 21; плунжер 22 с отверстиями 23, размещенный внутри цилиндра 20; причем внешняя поверхность плунжера 22 по существу герметично прилегает к внутренней поверхности цилиндра 20, а плунжер выполнен с возможностью перемещения внутри цилиндра 20 вдоль оси цилиндра 20. Отверстия 23 плунжера 22 соответствуют отверстиям 21 цилиндра 20 так, что при некотором определенном положении плунжера 22 относительно цилиндра 20 отверстия 23 плунжера 22 совпадают в своем положении с соответствующими отверстиями 21 цилиндра 20, образуя канал, обеспечивающий возможность перетока смеси через клапан-отсекатель или регулятор 16 перепада давления потока (состояние «открыт»). В том случае, когда отверстия 23 плунжера 22 не совпадают в своем положении с положением соответствующими отверстиями 21 цилиндра 20, переток смеси через клапан-отсекатель или регулятор 16 перепада давления потока по существу не возможен (состояние «закрыт»).
Также такие конструкции клапанов-отсекателей и регулятора 16 перепада давления потока включают в себя пружину сжатия 24. Пружина одним своим концом сочленена с цилиндром 20, а вторым своим концом сочленена с плунжером 22. В варианте осуществления, приведенном на фиг.2, по существу максимальная длина пружины 24 соответствует состоянию регулятора перепада давления потока «закрыто» и состоянию клапанов-отсекателей «открыто».
Механические параметры составных частей клапанов-отсекателеи и регулятора 16 перепада давления потока могут определяться, исходя из требуемых значений управляющих сигналов и требуемых значений забойного давления.
Если клапан-отсекатель содержит клапан-отсекатель со штуцером 25 (на чертежах таким клапаном-отсекателем является первый клапан-отсекатель 13) управляющий сигнал, соответствующий этому клапану-отсекателю может являться гидравлическим сигналом, содержащим определенное значение расхода через канал. Такой сигнал может быть сгенерирован путем увеличения расхода технической жидкости, нагнетаемой средством 18 закачки в межтрубное пространство технической жидкости. Штуцер 25 увеличивает гидравлическое сопротивление канала. Благодаря этому с увеличением расхода увеличивается сила воздействия потока жидкости на плунжер 22, и он перемещается вдоль оси цилиндра 20, сжимая пружину 24 и перемещая клапан-отсекатель в положение «закрыт». Когда же сила воздействия потока жидкости на плунжер 22 меньше, чем сила сжатой пружины 24, плунжер перемещается в сторону увеличения длины пружины 24.
Принцип работы клапана отсекателя, содержащего пару седло-шар 26 (на чертежах таким клапаном-отсекателем является второй клапан-отсекатель 15) отличается от принципа работы клапана-отсекателя со штуцером тем, что управляющий сигнал, соответствующий этому клапану-отсекателю может являться гидравлическим сигналом, содержащим определенное значение давления столба жидкости в межтрубном пространстве. Такой сигнал может быть сгенерирован путем увеличения количества технической жидкости, нагнетаемой средством 18 закачки в межтрубное пространство технической жидкости, в межтрубном пространстве, и, следовательно, высотой ее столба. Благодаря увеличению давления со стороны шарика относительно давления со стороны седла возникает сила, направленная в сторону уменьшения длины пружины 24. Благодаря этому и происходит перемещение плунжера 22 относительно цилиндра 20.
Для дополнительной фиксации клапана-отсекателя клапан-отсекатель может быть снабжен средством фиксации. В качестве средства фиксации может быть использован механизм, схема которого представлена на фиг.3 и 4. Для осуществления средства фиксации плунжер 22 содержит пружинный язычок 21, присоединенный к торцевой части плунжера 22, тело цилиндра 20 выполняется удлиненным и содержит паз 28. Причем концевая часть 29 язычка 27 выполнена с возможностью входить в подвижное сочленение с пазом 28. При этом крайнее верхнее положение концевой части 29 язычка 27 в пазе 28 соответствует крайнему верхнему положению плунжера 22 относительно цилиндра 20, а крайнее нижнее положение концевой части 29 язычка 27 в пазе 28 соответствует крайнему нижнему положению плунжера 22 относительно цилиндра 20. Паз выполняется такой формы, что содержит два места фиксации концевой части 29 язычка 27. При этом конструкция сочленения паза 28 и концевой части язычка 27 такова, что при перемещении плунжера 22 в по существу крайнее нижнее положение на обратном ходу концевая часть 29 язычка 27 переходит в другое место фиксации. Каждое место фиксации соответствует одному из состояний клапана-отсекателя.
Показанный на фиг.3 и 4 механизм фиксации находится в крайнем верхнем положении, а концевая часть 29 язычка 27 находится в верхнем месте фиксации паза 28. Работает он следующим образом. При перемещении плунжера 22 вниз концевая часть 29 язычка 27 перемещается вниз по направляющей 30 и попадает в нижнее место фиксации, которым является выемка 31, в которую упирается концевая часть 29. Необходимо отметить, что концевая часть 29 выполнена так, что при движении вниз она не упирается, а отклоняется внутрь цилиндра 20, благодаря выполнению ее нижнего торца пологим, а язычка 27 пружинным. Поэтому при повторном нажатии концевая часть 29 отклоняется внутрь цилиндра 20, и далее, благодаря действию пружины перемещается в крайнее верхнее положение.
Для целей настоящей полезной модели в качестве средства фиксации может также применяться любой подходящий механизм фиксации.
Конструкция регулятора 16 перепада давления потока также может быть аналогична конструкции клапанов-отсекателей, описанных выше. Отличается она тем, что в расслабленном состоянии пружины 24 плунжер находится в своем крайнем нижнем положении. В случае, когда давление в залежи II выше, чем давление в межтрубном пространстве, плунжер 22 перемещается вверх в открытое положение регулятора 16 перепада давления потока, сжимая пружину. В результате чего смесь перетекает через регулятор 16 перепада давления потока и давление в скважине уменьшается. После того, как давление в скважине уменьшится до заданного уровня, плунжер 22 под действием пружины 24 перемещается обратно, и регулятор 16 перепада давления потока переходит в закрытое состояние. Пружинный механизм регулятора 16 перепада давления потока осуществляется с учетом необходимой разницы забойных давлений залежей.
Все раскрытое оборудование компонуется в единое устройство, исходя из расстояний между залежами, толщины пласта каждой залежи, требуемых забойных давлений для каждой залежи.
Промышленная применимость
Возможны два варианта размещения в скважине установки, согласно заявленной полезной модели: первый - на технической колонне труб (как изображено на фиг.1), после извлечения которых средство 19 извлечения добываемой смеси (насос) спускается в скважину; второй - установка закреплена на хвостовике 32 насоса (как изображено на фиг.5) и опускается в скважину совместно с насосом. Клапаны-отсекатели при этом находятся в состоянии «открыт».
Гидравлические сигналы могут генерироваться посредством закачки жидкости в межтрубное пространство 12 при помощи средства 18 закачки в межтрубное пространство технической жидкости. Перекрытие притока только по одному из каналов осуществляется за счет разницы сигналов, на которые реагируют клапаны-отсекатели.
Определение индивидуального дебита жидкости, обводненности продукции, удельного веса попутно добываемой воды для каждой залежи, проведение гидродинамических исследований осуществляется путем временного отключения притока одной из залежи, в данном случае становится возможным проведение указанных мероприятий для второй залежи.
Для того, чтобы перекрыть приток смеси из залежи II необходимо перевести первый клапан-отсекатель 15 (клапан-отсекатель, содержащий пару седло-шар) в состояние «закрыт». Для этого необходимо обеспечить давление со стороны шара выше, чем давление со стороны седла путем закачки технической жидкости в межтрубное пространство. Это может быть реализовано следующей последовательностью операций:
1) останавливается работа средства 19 извлечения добываемой смеси (насоса);
2) перекрывается выкидная линия насоса;
3) закачивается в межтрубное пространство 12 техническая жидкость. Объем закачки определяется, исходя из расчета создания столба жидкости в межтрубном пространстве 12, необходимого для создания давления, обеспечивающего силу воздействия на плунжер, превышающую суммарную силу воздействия на плунжер забойного давления залежи II и пружины клапана-отсекателя 15. При этом требуется обеспечить значение расход меньше значения расхода, необходимого для смены состояния клапана-отсекателя 13 со штуцером. Клапан отсекатель 15 при этой операции меняет свое состояние на «закрыто».
4) открывается выкидная линия насоса;
5) насос пускается в работу, при этом приток осуществляется только из залежи I.
Перекрытие притока из залежи I осуществляется путем перевода клапана-отсекателя 13 в состояние «закрыт». Для этого необходимо переместить плунжер клапана-отсекателя 13 путем создания расхода необходимого значения через штуцер 25. Это может быть реализовано следующей последовательностью операций:
1) перед закрытием притока из залежи I должен быть закрыт клапан-отсекатель 15 (см. последовательность перекрытия притока из залежи II);
2) останавливается работа насоса;
3) перекрывается выкидная линия насоса;
4) закачивается в межтрубное пространство 12 техническая жидкость. Объем закачки - до устья скважины, при этом расход закачиваемой жидкости не должен превышать значения, при котором может изменить свое состояние клапан-отсекатель 13 со штуцером.
5) кратковременно создается расход (рекомендуется максимальный), при котором за счет штуцера 25 закрывается клапан-отсекатель 13, перекрывая приток из залежи I. При этом клапан-отсекатель 1 открывает приток из залежи II.
6) открывается выкидная линия насоса;
7) насос пускается в работу, при этом приток осуществляется только из залежи II.
Возможен случай, когда противодавления залежи I недостаточно для заполнения скважины до устья, когда закачиваемая жидкость «уходит» в залежь. В таком случае, после заполнения межтрубного пространства до уровня, когда начинает «уходить» жидкость, кратковременно создается расход (рекомендуется максимальный), при котором за счет штуцера 25 закрывается клапан-отсекатель 13, перекрывая приток из залежи I.
Для борьбы с АСПО возможно применение стандартных методов. При применении технологии промывок, например горячей нефтью, необходимо учесть возможность включения клапанов-отсекателей. При завершении операции промывки необходимо обеспечить открытие клапанов-отсекателей. Отводу газа ничто не препятствует.
Настоящая полезная модель была подробно описана со ссылкой на предпочтительный вариант ее осуществления, однако очевидно, что она может быть осуществлена в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объема правовой охраны, определяемого формулой полезной модели.