УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ ИЗ ВОДОНОСНОГО ПЛАСТА СКВАЖИНЫ В НЕФТЕНОСНЫЙ ПЛАСТ

Предложение относится к технике и технологии циклической закачки жидкости в нефтеносный пласт при его заводнении или нагнетании в него различных реагентов.
Известен способ закачки воды в нефтяной пласт (авторское свидетельство №283120, Е 21 В 43/00, опубл. БИ №31 от 06.10.1970 г.), осуществляемый с помощью установки для закачки жидкости в пласт, содержащей пакер, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и емкость, сообщающиеся с электроцентробежным насосом.
Недостатками данной конструкции являются:
во-первых, водостойкая обмотка электродвигателя при заполнении статора водой обладает достаточной работоспособностью лишь при невысокой температуре воды, не более +25°С. Увеличение температуры воды до 35-45°С существенно сокращает срок службы обмотки двигателя, а при более высокой температуре двигатель теряет работоспособность;
во-вторых, электроцентробежный насос находится в водной среде под большим давлением, что ухудшает условия его эксплуатации, при этом растворенные соли разрушают кабель, сокращая срок его службы.
Вышеперечисленные причины снижают долговечность установки в целом, кроме того с помощью такой установки невозможно закачивать в нефтяной пласт химически агрессивные реагенты, например кислоты (соляную, азотную и т.п.), при этом установка непрерывно закачивает жидкость в пласт практически без изменений давления нагнетания, что способствует возникновению в капиллярных отверстиях и щелях пласта слоя облитерации, постоянно снижающей приемистость скважины, порой до полного прекращения поглощения жидкости.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является установка для закачки жидкости в пласт (авторское свидетельство №729336, Е 21 В 43/00, 1986 г. опубл. БИ №15 от 25.04.1980 г.), содержащая пакер, колонну НКТ и емкость, сообщающуюся с насосом, при этом она снабжена установленными на колонне насосно-компрессорных труб нагнетательным и всасывающим клапанами, размещенными соответственно ниже и выше пакера, причем верхняя полость колонны насосно-компрессорных труб и емкость частично заполнены маслом.
Недостатками данной конструкции устройства являются:
во-первых, масло, находящееся в колонне НКТ и используемое в качестве рабочей жидкости для привода в действие закачиваемой в пласт жидкости, в процессе работы теряет свои химико-физические свойства из-за контакта и перемешивания с закачиваемой в пласт жидкостью, в связи с чем в процессе работы установки требуется постоянный и строгий контроль химического состава масла;
во-вторых, масло имеет большую плотность сравнительно с закачиваемой жидкостью, в связи с чем требуются большие затраты электроэнергии на питание электродвигателя для привода в движение масла в колонне НКТ;
в-третьих, насос выполнен в поверхностном исполнении, и поэтому чем меньше пластовое давление и ниже находится водоносный пласт от поверхности, тем ниже эффективность его использования.
Технической задачей полезной модели является повышение эффективности работы установки и сокращение затрат потребляемой электроэнергии.
Указанная задача решается установкой для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт, содержащей пакер, колонну труб со всасывающим клапаном, насос.
Новым является то, что установка работает в противоходе на две скважины, в каждой из которых насос, выполнен в виде погружного штангового насоса, установленного выше всасывающего клапана в составе колонны труб, дополнительно оснащенной каналом, через который надпоршневая полость насоса сообщена с нефтеносным пластом, при этом подпоршневая полость насоса через всасывающий клапан сообщена с водоносным пластом, причем на устье каждой из скважины размещен цилиндр с поршнем, при этом цилиндр жестко закреплен относительно колонны труб, а поршень снизу жестко соединен с приводом насоса, причем подпоршневые полости каждого из цилиндров гидравлически сообщены с соответствующими полостями гидроцилиндра, разделенными между собой приводным поршнем, и заполненными рабочей жидкостью, при этом гидроцилиндр расположен на поверхности, а в качестве рабочей жидкости используется масло.
На фигуре схематично изображена предлагаемая установка.
Установка для закачки жидкости из водоносного пласта 1 и 1' скважины 2 и 2' в нефтеносный пласт 3 и 3' соответственно содержит пакер 4 и 4', колонну труб 5 и 5' со всасывающим клапаном 6 и 6' и погружной штанговый насос 7 и 7'. Каждый из погружного штангового насоса 7 и 7' состоит соответственно из цилиндра 8 и 8', поршня 9 и 9' со сквозными продольными отверстия 10 и 10' и клапана 11 и 11'.
Погружной штанговый насос 7 и 7' установлен выше всасывающего клапана 6 и 6' в составе колонны труб 5 и 5'. Каждая из колонны труб 5 и 5' дополнительно оснащена соответствующим каналом 12 и 12', через который надпоршневая полость 13 и 13' погружного штангового насоса 7 и 7' сообщена с нефтеносным пластом 3 и 3', при этом подпоршневая полость 14 и 14' погружного штангового насоса 7 и 7' через соответствующий всасывающий клапан 6 и 6' сообщена с водоносным пластом 1 и 1' соответственно. Привод погружного штангового насоса 7 и 7' выполнен в виде колонны насосных штанг 15 и 15' соответственно.
На устье каждой из скважины 2 и 2' размещен цилиндр 16 и 16' с поршнем 17 и 17', при этом цилиндр 16 и 16' жестко закреплен относительно колонны труб 5 и 5' соответственно. Поршень 17 и 17' расположен в цилиндре 16 и 16' герметично и снизу жестко соединен с приводом погружного штангового насоса 7 и 7', выполненным в виде колонны насосных штанг 15 и 15'.
Подпоршневые полости 18 и 18' каждого из цилиндров 16 и 16' гидравлически сообщены с соответствующими полостями 19 и 19' гидроцилиндра 20.
Полости 19 и 19' гидроцилиндра 20 разделены между собой приводным поршнем 21 и заполненными рабочей жидкостью в качестве которой используется масло (например, минеральное). Гидроцилиндр 20 расположен на дневной поверхности.
Для исключения поршневания в процессе перемещения поршней 17 и 17' в цилиндрах 16 и 16' соответственно в верхней части цилиндров 16 и 16' выполнены технологические отверстия 22 и 22' соответственно.
Привод погружного штангового насоса 7 и 7', выполненный в виде колонны насосных штанг 15 и 15' работает в противоходе, то есть при ходе колонны насосных штанг 15 вверх, колонна насосных штанг 15' двигается вниз и наоборот.
Установка работает следующим образом:
Перед запуском установки в работу на устье каждой из скважин 2 и 2' устанавливают цилиндры 16 и 16' и жестко закрепляют их относительно колонны труб 5 и 5', предварительно соединив привод погружного штангового насоса 7 и 7', выполненный в виде колонны насосных штанг 15 и 15' соответственно с поршнями 17 и 17' гидроцилиндров 16 и 16'. Герметизируют на устье скважин 2 и 2' пространство между цилиндрами 16 и 16' и колонной насосных штанг 15 и 15' соответственно.
Пропорционально заполняют полости 19 и 19' гидроцилиндра 20 рабочей жидкостью - маслом, причем длину хода приводного поршня 21 в каждом направлении подбирают в зависимости от длины хода насосных штанг 15 и 15' в цилиндрах 16 и 16', которые задаются конструктивными размерами последних. Например, в исходном положении
поршень 17 находится в цилиндре 16 в нижнем положении, а поршень 17' находится в цилиндре 16' в верхнем положении, при этом приводной поршень 21 гидроцилиндра 20 находится в крайнем правом положении. При расположении поршня 17' в цилиндре 16' в верхнем положении подпоршневая полость 14' погружного штангового насоса 7' заполняется жидкостью из водоносного пласта 1' сквозь всасывающий клапан 6' погружного штангового насоса 7', при этом клапан 11' поршня 9' закрыт.
На поверхности приводят в действие приводной поршень 21 гидроцилиндра 20, придав ему осевое перемещение влево, при этом рабочая жидкость из полости 19 гидроцилиндра 20 нагнетается в подпоршневую полость 18 цилиндра 16, вызывая перемещение поршня 17 вверх, а поскольку поршень 17 цилиндра 16, жестко соединен с колонной насосных штанг 15, которая в свою очередь также, жестко соединена снизу с поршнем 9 погружного штангового насоса 7, то поршень 9 вместе с колонной насосных штанг 15 перемещаются вверх.
При этом в процессе движения поршня 9 вверх относительно цилиндра 8 погружного штангового насоса 7 происходит всасывание жидкости из водоносного пласта 1 через затрубное пространство скважины 2 выше пакера 4 в подпоршневую полость 14 погружного штангового насоса 7, при этом всасывающий клапан 6 открыт, а клапан 11 поршня 9 закрыт, в следствии чего происходит заполнение подпоршневой полости 14 погружного штангового насоса 7.
Одновременно с процессом подъема колонны насосных штанг 15 в скважине 2 и вытеснением рабочей жидкости из полости 19 гидроцилиндра 20 в подпоршневую полость 18 цилиндра 16 происходит поступление рабочей жидкости из подпоршневой полости 18' цилиндра 16' в полость 19' гидроцилиндра 20, при этом поршень 17' перемещается вниз, а вместе с ним вниз перемещается и колонна насосных штанг 15' с поршнем 9'.
При перемещении вниз поршня 9' относительно цилиндра 8' погружного штангового насоса 7' происходит заполнение жидкостью внутреннего пространства поршня 9' из подпоршневого пространства 14' погружного штангового насоса 7', при этом всасывающий клапан 6' закрыт, а клапан 11' поршня 9' открыт.
Описанные выше процессы продолжаются до тех пор, пока приводной поршень 21 гидроцилиндра 20 не достигнет крайнего левого положения, при этом поршень 17 расположится в цилиндре 16 в верхнем положении, а поршень 17' расположится в цилиндре 16' в нижнем положении.
Затем меняют направление перемещения приводного поршень 21 гидроцилиндра 20, придав ему обратное (вправо) осевое перемещение, при этом рабочая жидкость из полости 19' гидроцилиндра 20 нагнетается в подпоршневую полость 18' цилиндра 16',
вызывая перемещение поршня 17' вверх, а поскольку поршень 17' цилиндра 16', жестко соединен с колонной насосных штанг 15', которая в свою очередь также, жестко соединена снизу с поршнем 9' погружного штангового насоса 7', то поршень 9' вместе с колонной насосных штанг 15' перемещаются вверх, при этом жидкость из внутреннего пространства поршня 9' через сквозное продольное отверстия 10' вытесняется в надпоршневую полость 13' погружного штангового насоса 7' и далее через канал 12', благодаря тому, что пространство между колонной труб 5' и колонной насосных штанг 15' на устье скважины 2' загерметизировано, попадает в затрубное пространство скважины 2' ниже пакера 4' и закачивается в нефтеносный пласт 3' скважины 2'. Параллельно с этим происходит всасывание жидкости из водоносного пласта 1' через затрубное пространство скважины 2' выше пакера 4' в подпоршневую полость 14' погружного штангового насоса 7', при этом всасывающий клапан 6' открыт, а клапан 11' поршня 9' закрыт.
Одновременно с процессом хода колонны насосных штанг 15' вверх в скважине 2' происходит поступление рабочей жидкости из подпоршневой полости 18 цилиндра 16 скважины 2 в полость 19 гидроцилиндра 20, при этом поршень 17 перемещается вниз, а вместе с ним вниз перемещается и колонна насосных штанг 15 с поршнем 9.
При перемещении вниз поршня 9 относительно цилиндра 8 погружного штангового насоса 7 происходит заполнение жидкостью внутреннего пространства поршня 9 из подпоршневого пространства 14 погружного штангового насоса 7, при этом всасывающий клапан 6 закрыт, а клапан 11 поршня 9 открыт.
Описанные выше процессы продолжаются до тех пор, пока приводной поршень 21 гидроцилиндра 20 не достигнет крайнего правого положения, при этом поршень 17 расположится в цилиндре 16 в нижнем положении, а поршень 17' расположится в цилиндре 16' в верхнем положении.
Далее вновь меняют направление перемещения приводного поршня 21 в гидроцилиндре 20 (поршню 21 предают перемещение влево) и цикл работы установки повторяется, как описано выше. Таким образом, происходит циклическая закачка жидкости из водоносного пласта 1 и 1' в нефтеносный пласт 3 и 3' в скважине 2 и 2'.
В предлагаемой установке для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт насос - глубинного исполнения (погружной штанговый) устанавливается непосредственно в интервале водоносного и нефтеносного пластов скважины, что позволяет повысить эффективность работы насоса. Установка позволяет экономить электроэнергию, так как приводы насосов работают в противоходе, что дает возможность работать в рекуперативном режиме с отдачей электроэнергии в промысловую сеть.