УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЗАКАЧКИ РАБОЧЕГО АГЕНТА В ДВА ПЛАСТА ОДНОЙ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к установкам для одновременно-раздельной закачки рабочего агента (например, воды, газа и других) в два пласта одной скважины.
Из уровня техники (патент РФ № 2328590) известна установка для раздельной эксплуатации объектов (пластов) нагнетательной или добывающей скважины, содержащая последовательно спущенные и установленные в нагнетательную скважину две колонны труб большего и меньшего диаметров, размещенных одна в другой концентрично. При этом колонна труб большего диаметра оснащена, по меньшей мере, одним пакером, расположенным между или выше эксплуатационных объектов, и одним перепускным узлом для потока рабочего агента. А колонна труб меньшего диаметра оснащена разобщающим элементом и установлена в осевой посадочный канал перепускного узла. Одна из внутренних полостей колонн труб согласно изобретению гидравлически связана с призабойной зоной нижнего объекта, а другая - с призабойной зоной верхнего объекта.
Недостатком данной установки является ее высокая металлоемкость, ввиду наличия двух колонн труб, спускаемых в скважину на глубину залегания эксплуатационного объекта, для организации закачки рабочего агента. Кроме того, высокая скорость потока закачиваемого агента в коаксиальных трубах обуславливает повышенную скорость коррозии внутренней колонны труб.
Также известно техническое решение, касающееся устройства для регулируемой закачки жидкости по пластам (патент РФ № 2495235), конструкция которого включает колонну труб, нижний пакер, разъединитель, устройство распределения закачки, верхний пакер, разъединитель. При применении указанного устройства для определения расхода жидкости, закачиваемой в нижний пласт, производится отключение верхнего пласта специальной пробкой, спускаемой на геофизическом кабеле, после чего замер расхода жидкости в нижний пласт осуществляют специально спущенным расходомером. После проведения замера пробка извлекается при помощи геокабеля и производится замер общего расхода жидкости в оба пласта. Замер расхода в верхний пласт определяют пересчетом по разнице между величиной расхода в оба пласта и расхода в нижний пласт. При необходимости корректировки параметров закачки на геофизическом кабеле производится спуск специальных штуцеров в посадочные места устройства распределения закачки.
Недостатком указанного устройства по патенту № 2495235 является отсутствие возможности замера расхода закачиваемого агента в каждый из пластов в режиме реального времени, а также сложность операции по измерению указанных расходов.
Известно также изобретение «Способ и устройство для регулируемой закачки жидкости по пластам с автоматизированным замером параметров процесса» (патент РФ № 2610484), устройство по которому содержит воронку или хвостовик, нижний пакер, разъединители, устройство для измерения параметров закачиваемой жидкости (рабочего агента), устройство распределения закачки, верхний пакер, якорь, удлинитель, кабель, станцию по контролю параметров. При применении указанного устройства суммарный расход жидкости, поступающей в два пласта, замеряется устьевым расходомером. Основные параметры жидкости (давление, температура, расход), закачиваемой в нижний или верхний пласт, определяются при помощи глубинного устройства для измерения параметров закачиваемой жидкости и передаются по кабелю на станцию по контролю параметров. По другому пласту замер расхода производится путем вычитания расхода, замеренного глубинным устройством для измерения параметров закачиваемой жидкости, из суммарного расхода, замеренного устьевым расходомером. При необходимости корректировки параметров закачки на геофизическом кабеле производится спуск специальных штуцеров в посадочные места устройства распределения закачки.
Недостатком устройства по патенту РФ № 2610484 является отсутствие возможности регулировки параметров закачки рабочего агента в режиме реального времени. При этом, известному устройству характерна сложность и продолжительность операции по изменению параметров закачки, обусловленная необходимостью привлечения геофизической партии. Кроме того, в данном устройстве применяется глубинное устройство для измерения расхода закачиваемой жидкости, практика эксплуатации которого свидетельствует о высоком уровне его отказов.
Указанное устройство по патенту РФ № 2610484 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принято за прототип.
Технической задачей заявленной полезной модели является повышение надежности установки для закачки рабочего агента по пластам и упрощение при этом операции регулировки параметров закачки.
Технический результат, благодаря которому решается указанная задача, заключается в повышении надежности установки при одновременном расширении ее функциональных возможностей за счет упрощения конструкции путем использования вместо устройств ступенчатого регулирования закачки электромеханического делителя потока, обеспечивающего функциональную возможность регулирования параметров закачки в широком диапазоне в режиме реального времени и замера приемистости без применения глубинного расходомера.
Указанный технический результат достигается предлагаемой установкой для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта одной скважины, встраиваемой в колонну насосно-компрессорных труб, включающей трубчатый канал для закачки рабочего агента, и соединенный с ним функциональный узел для распределения потока рабочего агента по пластам или в один из пластов и для определения параметров его закачки, при этом новым является то, что трубчатый канал выполнен в виде двух коаксиально установленных с зазором друг к другу внешней и внутренней труб, в качестве функционального узла для распределения потока рабочего агента по пластам или в один из пластов и для определения параметров его закачки установка содержит электромеханический делитель потока, выполненный регулируемым в режиме реального времени с возможностью направления при регулировании потока рабочего агента во внутреннюю трубу и/или в зазор между трубами и снабженный кабелем, выполненным с возможностью соединения со станцией управления делителем, с возможностью передачи управляющего сигнала на делитель и с возможностью передачи на станцию параметров закачки, при этом установка дополнительно содержит перепускной узел, соединенный с нижними концами коаксиально установленных труб и снабженный каналом, гидравлически соединенным с зазором между указанными трубами, с обеспечением при этом возможности закачки рабочего агента в верхний пласт, а нижний торец внутренней трубы установлен в осевом канале перепускного узла и выполнен открытым с обеспечением при этом возможности закачки рабочего агента в нижний пласт скважины.
Установка встроена в колонну насосно-компрессорных труб скважины, снабженной двумя пакерами, причем нижний пакер расположен между пластами, а верхний пакер - над верхним пластом.
При встраивании установки в колонну НКТ электромеханический делитель потока размещают над верхним пакером, а перепускной узел - между пакерами.
Электромеханический делитель потока снабжен одним входным каналом, соединенным при встраивании с колонной НКТ, и гидравлически связанными с ним двумя выходными каналами, один из которых соединен с внутренней трубой, а второй - с зазором между коаксиально установленными трубами, при этом указанные выходные каналы снабжены запорно-регулирующими элементами с функцией регулирования степени открытия канала по сигналу станции управления.
При встраивании в колонну НКТ перепускной узел соединен нижним концом с колонной НКТ с обеспечением при этом возможности гидравлического соединения открытого конца внутренней трубы, установленной в осевом канале перепускного узла, с полостью, присоединенной НКТ.
Указанный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря тому, что в конструкции заявляемой установки для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта одной скважины используется электромеханический делитель потока, выполненный с возможностью разделения закачиваемого с устья потока жидкости на два потока, поступающих в каждый из пластов, или при необходимости изоляцию определенного пласта от закачки, а также регулирование параметров закачки по пластам в режиме реального времени, расширяются функциональные возможности предлагаемой установки.
А замена узлов ступенчатого регулирования закачки в устройстве по прототипу электромеханическим делителем потока позволяет не только упростить конструкцию заявляемой установки, но и обеспечить замер приемистости без применения глубинного расходомера, а значит сделать ее более надежной в эксплуатации и исключить при этом сложные технологические работы по ее обслуживанию (исключается привлечение работников геофизической партии).
Управление работой указанного электромеханического делителя осуществляется по сигналу, передаваемому через кабель, которым снабжен этот делитель, со станции управления, расположенной на устье. Данный сигнал обеспечивает при эксплуатации перемещение запорно-регулирующих элементов, установленных в выходных каналах электромеханического делителя, посредством которых и будет регулироваться степень открытия-закрытия указанных каналов делителя, связывающих при закачке рабочего агента колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с каждым из пластов, или при необходимости только с одним из пластов, тем самым задавая индивидуальные параметры закачки для каждого из пластов.
Электромеханический делитель представляет собой узел, в состав которого входят как узел для замера давления и температуры потоков рабочего агента, закачиваемых по пластам, так и вышеуказанные каналы, снабженные запорно-регулирующими элементами, конструктивно связанными электрической связью с кабелем делителя, по которому информация с узла для замера давления и температуры при эксплуатации установки передается на станцию управления, а управляющий сигнал со станции передается на указанные запорно-регулирующие элементы.
Благодаря тому, что трубчатый канал выполнен в предлагаемой установке в виде двух коаксиально установленных с зазором труб, обеспечивается герметичное разобщение двух потоков рабочего агента, вышедших из делителя потока по выходным каналам, с возможностью их закачки как в верхний, так и нижний пласты, и при этом упрощается конструкция установки.
Дополнительное включение в конструкцию заявляемой установки перепускного узла, соединенного с нижними концами коаксиально установленных труб, обеспечивает конструктивную возможность направлять потоки рабочего агента в необходимый пласт. Это реализуется также за счет того, что перепускной узел снабжен каналом, гидравлически соединенным с зазором между указанными трубами, с обеспечением при этом возможности закачки рабочего агента в верхний пласт. А за счет того, что нижний торец внутренней трубы установлен в осевом канале перепускного узла и выполнен открытым, обеспечивается возможность закачки рабочего агента в нижний пласт скважины.
При эксплуатации предлагаемая установка встраивается в колонну НКТ, при этом с низом верхней части указанной колонны соединяют корпус электромеханического делителя с обеспечением возможности прохода потока рабочего агента во входной канал делителя, а верх нижней части колонны НКТ также соединяется с перепускным узлом, обеспечивая при этом гидравлическую связь открытого торца внутренней трубы с полостью нижней части колонны НКТ.
А учитывая, что предлагаемая установка предназначена для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта, то при эксплуатации колонна НКТ, в которую она будет встроена, должна быть преимущественно снабжена двумя пакерами, причем нижний пакер расположен между пластами, а верхний пакер - над верхним пластом. И для реализации назначения заявляемой установки при ее встраивании в колонну НКТ электромеханический делитель потока должен быть размещен над верхним пакером, а перепускной узел - между пакерами.
Кроме того, следует подчеркнуть, что указанная совокупность признаков в формуле находится в конструктивном единстве для предлагаемого технического решения, и исключение хотя бы одного из них нарушит это единство, т.к. представляет собой один объект в виде единой конструкции, конструктивные элементы которой соединены, сочленены между собой и в соединении обеспечивают реализацию предлагаемой установкой общего функционального назначения при эксплуатации, т.е. одновременно-раздельной закачки в скважину рабочего агента в два пласта.
Таким образом, предлагаемая полезная модель характеризуется совокупностью взаимообусловленных признаков, которые все участвуют в обеспечении достижения технического результата, т.к. этот результат проявляется только при использовании этого технического решения в целом.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлена общая схема заявляемой установки, встроенной в колонну НКТ скважины, оборудованной двумя пакерами.
Предлагаемая установка содержит электромеханический делитель 1 потока рабочего агента, жестко соединенный с установленными концентрично (коаксиально) друг по отношению к другу внешней 2 и внутренней 3 трубами. Указанные трубы 2 и 3 установлены с зазором 4. Установка также содержит перепускной узел 5, соединенный с нижним концом труб 2 и 3. В перепускном узле 5 выполнен канал 6, гидравлически связанный с зазором 4 между указанными трубами 2 и 3, с обеспечением при этом возможности закачки рабочего агента в верхний пласт 7. Нижний торец 8 внутренней трубы 3 установлен в осевом канале перепускного узла 5 и выполнен открытым с обеспечением при этом возможности закачки рабочего агента в нижний пласт 9 скважины. Электромеханический делитель 1 снабжен кабелем 10, выполненным с возможностью соединения со станцией управления делителем (на чертеже не показана) и с возможностью передачи на нее параметров закачки.
Электромеханический делитель 1 содержит один входной и два выходных канала (на чертеже не показаны), при эксплуатации гидравлически связанные с верхним 7 и нижним 9 пластами. При работе установки регулировка степени открытия-перекрытия выходных каналов от 0 до 100% обеспечивается за счет перемещения в них запорно-регулирующих элементов по команде в виде электрического сигнала, подаваемого со станции управления по кабелю 10, исходя из передаваемых по кабелю 10 на указанную станцию индивидуальных параметров закачки для каждого из пластов.
При эксплуатации предлагаемой установки она встраивается в колонну НКТ 11 скважины, снабженной преимущественно двумя пакерами 12 и 13 для разобщения двух пластов 7 и 9, причем нижний пакер 13 расположен между указанными пластами, а верхний пакер 12 - над верхним пластом 7. Верхний пакер 12 обеспечивает защиту эксплуатационной колонны 14 от высокого давления закачиваемой жидкости. А нижний пакер 13 надежно разобщает верхний 7 и нижний 9 пласты. При этом при встраивании предлагаемой установки в колонну НКТ 11 электромеханический делитель 1 размещают над верхним пакером 12, а перепускной узел 5 - между пакерами 12 и 13.
Замер приемистости по пластам производится устьевым расходомером (на чертеже не показан), что позволяет повысить надежность работы предлагаемой установки по сравнению с прототипом, в котором используют глубинное устройство для измерения расхода закачиваемой жидкости.
Установка работает следующим образом.
После монтажа установки в скважине производится закачка рабочего агента, например воды, с устья по колонне труб 11. Поток закачиваемого рабочего агента, пройдя по колонне труб 11, попадает на вход делителя 1 потока. По команде со станции управления, подаваемой по кабелю 10, производится открытие выходных каналов делителя потока 1, гидравлически связывающих колонну труб 11 с верхним 7 и нижним 9 пластами. Таким образом, в делителе 1 происходит разделение закачиваемого по колонне труб потока рабочего агента на два потока. Один из потоков, пройдя делитель 1, попадает в кольцевой зазор 4 между внешней 2 и внутренней 3 трубами, установленными коаксиально, проходит через канал 6 перепускного узла 5 и закачивается в верхний пласт 7. Второй поток, пройдя делитель 1, попадает в полость внутренней трубы 3, проходит через присоединенную к перепускному узлу 5 НКТ 11, на которой установлен нижний пакер 13, и закачивается в нижний пласт 9.
Контроль величины давления закачки по каждому из пластов производится устройствами для замера давления, входящими в состав делителя потока 1. Информация, фиксируемая устройствами для замера давления, передается по кабелю 10 на устьевую станцию управления делителя 2. При проводимой закачке станцией управления производится обработка передаваемой по кабелю 10 информации о параметре давления закачиваемых потоков, на основании которой производят регулировку в режиме реального времени степени открытия выходных каналов делителя 1 путем подачи через кабель 10 сигнала на запорно-регулирующие элементы выходных каналов, добиваясь тем самым необходимой величины давления потоков рабочего агента, закачиваемого в каждый из пластов 7 и 9.
В случае если давление закачки для нижнего пласта 9 больше, чем для верхнего 7, то для проведения замера приемистости по пластам по команде со станции управления, передаваемой по кабелю 10, производят перекрытие канала делителя 1, связывающего верхний пласт 7 и колонну труб 11. При этом поток жидкости из колонны труб 11 в верхний пласт 7 не будет попадать, а целиком будет идти в нижний пласт 9. Устьевым расходомером определяют приемистость нижнего пласта 9. После этого открытием соответствующего канала в делителе 1 с колонной труб 11 сообщают верхний пласт 7. Поток рабочего агента из колонны труб 11 попадает в оба пласта. Изменением степени открытия выходного канала делителя 1, связывающего верхний пласт 7 и колонну труб 11, добиваются необходимой величины давления закачки для верхнего пласта 7. Информация о достижении необходимой величины давления закачки для верхнего пласта 7 фиксируется соответствующим устройством для замера давления, входящим в состав делителя потока 1, и передается по кабелю 10 на устьевую станцию управления. После этого по устьевому расходомеру определяют суммарную приемистость обоих пластов. Приемистость верхнего пласта 7 вычисляют вычитанием приемистости нижнего пласта 9 из суммарной приемистости обоих пластов.
В случае, если давление закачки для верхнего пласта 7 больше, чем для нижнего 9, то для проведения замера приемистости по пластам по команде со станции управления, передаваемой по кабелю 10, производят перекрытие канала делителя 1, связывающего нижний пласт 9 и колонну труб 11. Поток жидкости из колонны труб 11 в нижний пласт 9 не попадает, а целиком идет в верхний пласт 7. Устьевым расходомером определяют приемистость верхнего пласта 7. После этого открытием соответствующего выходного канала в делителе 1 с колонной труб 11 сообщают нижний пласт 9. Поток жидкости из колонны труб 11 попадает в оба пласта. Изменением степени открытия выходного канала делителя 1, связывающего нижний пласт 9 и колонну труб 11, добиваются необходимой величины давления закачки для нижнего пласта 9. Информация о достижении необходимой величины давления закачки для нижнего пласта 9 фиксируется соответствующим устройством для замера давления, входящим в состав делителя 1, и передается по кабелю 10 на устьевую станцию управления. После этого по устьевому расходомеру определяют суммарную приемистость обоих пластов. Приемистость нижнего пласта 9 вычисляют вычитанием приемистости верхнего пласта 7 из суммарной приемистости обоих пластов.
Таким образом, в предлагаемой установке повышена надежность работы за счет применения для замера приемистости устьевого расходомера вместо ненадежного глубинного устройства измерения расхода (по прототипу). Также расширены функциональные возможности установки за счет обеспечения регулировки параметров закачки рабочего агента в режиме реального времени, которая осуществляется подачей электрического сигнала со станции управления. Эксплуатация установки проста и не требует привлечения работников геофизической партии, как это необходимо при обслуживании устройства по прототипу.