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 в два пласта одной скважины.
Уровень техники
Известно изобретение «Способ раздельной эксплуатации объектов нагнетательной или добывающей скважины и варианты установки для его реализации» (патент №2328590, RU, Е21В 43/14, опубликовано 10.07.2008 г). Способ включает применение установки для раздельной эксплуатации объектов нагнетательной скважины. Установка включает последовательно спущенные и установленные в скважину две колонны труб большего и меньшего диаметра, размещенных одна в другой концентрично. Колонна труб большего диаметра оснащена двумя пакерами, один из которых установлен между объектами для их разобщения, а другой - выше верхнего объекта для исключения воздействия забойного давления верхнего объекта на ствол скважины, и одним перепускным узлом, а колонна труб меньшего диаметра оснащена разобщающим элементом и установлена в осевой посадочный канал перепускного узла. При этом полость колонны труб меньшего диаметра гидравлически связана с призабойной зоной нижнего объекта, а полость, образованная между колоннами труб, гидравлически связана с призабойной зоной верхнего объекта.
Недостатком данного изобретения является применение по всей длине скважины колонны труб меньшего диаметра для организации закачки агента в нижний объект. Указанная колонная для варианта исполнения скважин со стандартным габаритом эксплуатационных колонн (146, 168 мм) будет иметь малую толщину стенки, что обуславливает ее низкую стойкость к эрозионно-коррозионному износу в процессе эксплуатации и, как следствие, высокую вероятность быстрого выхода установки из строя.
Известно изобретение «Способ и устройство для регулируемой закачки жидкости по пластам» (патент №2495235, RU, Е21В 43/14, опубликовано 10.10.2013). Устройство по патенту №2495235 включает в себя корпусную часть, состоящую из соединенных между собой ниппеля с несколькими сквозными каналами, корпуса и втулки-переводника, извлекаемую часть, состоящую сверху вниз из верхней втулки, нижней втулки и диффузора. При этом извлекаемая часть вставлена в корпусную часть с образованием камеры, на нижнюю втулку установлены верхний и нижний уплотнительные узлы, причем первый из них закреплен снизу гайкой, а последний ограничен сверху упором. В верхней втулке и диффузоре выполнены посадочные места под верхний и нижний штуцеры или заглушки, причем в верхней втулке дополнительно имеется посадочное место для пробки, а в нижней втулке выполнен верхний центральный канал, разветвляющийся с образованием нескольких расходящихся каналов, связанных с камерой и со сквозными каналами ниппеля, а также несколько сходящихся каналов, образующих нижний центральный канал, имеющий сообщение с проходным каналом диффузора.
Недостатками данного устройства является то, что в случае его применения для замера расхода жидкости по пластам и изменения параметров закачки необходим спуск в скважину специального инструмента на геофизическом кабеле, проволоке или колтюбинговой установке. Указанная особенность понижает оперативность регулировки режимов работы и повышает трудоемкость проведения исследований скважины.
Известна полезная модель «Установка для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта одной скважины» (патент №173106, RU, Е21В 43/14, Е21В 43/18, Е21В 43/12 опубликовано 11.08.2017), содержащая электромеханический делитель потока, соединенный сверху с колонной насосно-компрессорных труб, а снизу – с двумя коаксиально установленными с зазором друг к другу внешней и внутренней трубами, верхний пакер, расположенный над верхним пластом, нижний пакер, расположенный между пластами, а также перепускной узел, соединенный сверху с нижними концами коаксиально установленных труб и содержащий соответствующие каналы для гидравлического сообщения с верхним и нижним пластами. При этом электромеханический делитель потока размещен над верхним пакером, перепускной узел и дополнительная колонна НКТ - 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.
Недостатком устройства по патенту №173106 является применение в составе установки электромеханического делителя потока с двумя запорно-регулирующими элементами для изменения параметров закачки в каждый пласт. Применение двух запорно-регулирующих устройств в составе одного корпуса электромеханического делителя потока значительно увеличивает его длиновые размеры, а также сужает диаметральные размеры проточных каналов внутри делителя. Совокупность указанных факторов ведет к неэффективной эксплуатации электромеханического делителя потока при высоких расходах закачиваемого в оба пласта агента, поскольку способствует созданию больших гидравлических сопротивлений при течении жидкости в его внутренних каналах.
Устройство по патенту RU 173106 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принято за прототип.
Сущность полезной модели
Технической задачей заявленной полезной модели является расширение области применения установки за счет обеспечения возможности ее эксплуатации при больших расходах закачиваемой жидкости.
Поставленная задача решается заявляемой установкой для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта одной скважины, включающей электромеханический делитель потока, соединенный сверху с колонной насосно-компрессорных труб, а снизу – с двумя коаксиально установленными с зазором друг к другу внешней и внутренней трубами, верхний пакер, расположенный над верхним пластом, нижний пакер, расположенный между пластами а также перепускной узел, соединенный сверху с нижними концами коаксиально установленных труб, а снизу – с дополнительной НКТ и содержащий эксцентричный канал для гидравлического сообщения зазора между внешней и внутренней трубами с верхним пластом, и осевой канал, при этом электромеханический делитель потока размещен над верхним пакером, перепускной узел и дополнительная колонна НКТ – между пакерами, электромеханический делитель потока снабжен одним входным каналом, гидравлически связанным с колонной насосно-компрессорных труб, и гидравлически связанными с ним двумя выходными каналами, один из которых соединен с внутренней трубой, а второй – с зазором между коаксиально установленными трубами, электромеханический делитель потока снабжен кабелем для связи с устьевой станцией управления.
Технический результат достигается за счет того, что в известной установке для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта одной скважины электромеханический делитель потока выполнен только с одним регулирующим элементом, установленным на выходной канал, гидравлически связанный с зазором между коаксиально установленными трубами, по которому осуществляется закачка жидкости в верхний пласт, расположенный между пакерами. Такое исполнение позволяет увеличить размеры проточных каналов внутри делителя, в результате чего обеспечивается возможность прокачки больших объемов агента закачки через его внутреннюю полость.
Для обеспечения возможности регулировки потока жидкости, закачиваемого в нижний пласт, в состав установки дополнительно включен электроклапан, который сверху соединяется с перепускным узлом, а снизу через дополнительную колонну НКТ – с нижним пакером. Элетроклапан содержит входной канал для гидравлического сообщения с осевым каналом перепускного узла и гидравлически связанный с ним выходной канал, соединенный с дополнительной колонной НКТ. По совокупности указанных каналов закачиваемая жидкость поступает в нижний пласт, расположенный под нижним пакером. Регулировка потока жидкости, проходящего через электроклапан, осуществляется запорно-регулирующим элементом, установленным на выходном канале электроклапана и регулирующем степень его открытия.
Управление работой запорно-регулирующего элемента осуществляется с устьевой станции управления. Для этих целей в состав установки включен дополнительный кабель, проложенный от электроклапана до электромеханического делителя потоков. Дополнительный кабель между электромеханическим делителем и электроклапаном может быть проложен, например, через зазор между внешней и внутренней трубами и эксцентричный канал перепускного узла. Управление работой электроклапана осуществляется по сигналу, предаваемому со станции через цепочку «кабель - электромеханический делитель - дополнительный кабель». Данный сигнал обеспечивает при эксплуатации перемещение запорно-регулирующего элемента электроклапана, позволяя реализовывать индивидуальные параметры закачки для нижнего пласта. В состав электроклапана также входит узел для замера давления и температуры потока рабочего агента, закачиваемого в нижний пласт. Информация с узла для замера давления и температуры при эксплуатации установки через цепочку «дополнительный кабель - электромеханический делитель - кабель» передается на станцию управления.
На фигуре представлен чертеж предлагаемой установки. Предлагаемая установка содержит электромеханический делитель 1 потока, соединенный сверху с колонной НКТ 2, а снизу – с установленными коаксиально по отношению друг к другу внешней 3 и внутренней 4 трубами, верхний пакер 5, нижний пакер 6, перепускной узел 7, электроклапан 8. Нижний пакер 6 расположен между верхним 9 и нижним 10 пластами, а верхний пакер 5 – над верхним пластом 9. Верхний пакер 5 обеспечивает защиту эксплуатационной колонны 11 от высокого давления закачиваемой жидкости, а нижний пакер 6 разобщает верхний 9 и нижний 10 пласты. Электромеханический делитель 1 размещают над верхним пакером 5, а перепускной узел 7 -между пакерами 5 и 6. Перепускной узел 7 соединен сверху с нижним концом труб 3 и 4, а снизу – через электроклапан 8 с дополнительной колонной НКТ 12. В перепускном узле 7 выполнен эксцентричный канал 13, гидравлически связывающий зазор между трубами 3 и 4 с верхним пластом 9, а также осевой канал 14, обеспечивающий гидравлическое сообщение внутренней трубы 4 с нижним пластом 10 через электроклапан 8 и дополнительную колонну НКТ 12. Электромеханический делитель 1 снабжен кабелем 15, через который осуществляется управление его работой с устьевой станцией управления (на фигуре не показана) и передача на станцию параметров закачки. Связь Электроклапана 8 с устьевой станцией управления реализована при помощи дополнительного кабеля 16, проложенного от электроклапана 8 до электромеханического делителя 1. Управляющий сигнал со станции и информация о параметрах работы электроклапана 8 поступают через кабель 15, электромеханический делитель 1 и дополнительный кабель 16.
Электромеханический делитель 1 снабжен одним входным каналом и двумя выходными каналами (на фигуре не показаны). Один из выходных каналов соединен с внутренней трубой 4, а второй – с зазором между коаксиально установленными трубами 3 и 4. На выходной канал электромеханического делителя 1, гидравлически связанный с зазором между коаксиально установленными трубами, установлен запорно-регулирующий элемент. При работе установки по команде в виде электрического сигнала, подаваемого со станции управления по кабелю 15, осуществляется регулировка степени открытия данного канала от 0 до 100 процентов исходя из передаваемых по кабелю 15 на указанную станцию параметров закачки для верхнего пласта 9. Таким образом, реализуется индивидуальный режим закачки для верхнего пласта 9.
Электроклапан 8 снабжен одним входным каналом и одним выходным каналом (на фигуре не показаны). Входной канал электроклапана 8 гидравлически сообщен с осевым каналом 14 перепускного узла 7. На выходной канал электроклапана 8, гидравлически связанный с дополнительной колонной НКТ 12, установлен запорно-регулирующий элемент. При работе установки по команде в виде электрического сигнала, подаваемого со станции управления через кабель 15, электромеханический делитель 1 и дополнительный кабель 16, осуществляется регулировка степени открытия выходного канала электроклапана 8 от 0 до 100 процентов исходя из передаваемых через дополнительный кабель 16, электромеханический делитель 1 и кабель 15 на указанную станцию параметров закачки для нижнего пласта 10. Таким образом, реализуется индивидуальный режим закачки для нижнего пласта 10. Установка работает следующим образом.
После монтажа установки в скважине производится закачка рабочего агента с устья. Поток закачиваемого рабочего агента, пройдя по колонне труб 2, попадает на вход делителя 1 потока. По команде со станции управления, подаваемой по кабелю 15, производится открытие запорно-регулирующего элемента, установленного на выходном канале делителя потока 1, гидравлически связывающего колонну труб 2 с верхним 9 пластом. Одновременно по команде со станции управления, подаваемой по кабелю 15 делителю 1 и дополнительному кабелю 16, производится открытие запорно-регулирующего элемента, установленного на выходном канале электроклапана 8, гидравлически связывающего колонну труб 2 с нижним пластом 10. 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 между внешней 3 и внутренней 4 трубами, установленными коаксиально, проходит через эксцентричный канал 13 перепускного узла 7 и закачивается в верхний пласт 9. Второй поток, пройдя делитель 1, попадает в полость внутренней трубы 4, проходит через осевой канал 14 перепускного узла 7, электроклапан 8, дополнительную колонну НКТ 12, нижний пакер 6 и закачивается в нижний пласт 10.
Контроль величины давления закачки для верхнего 9 и нижнего 10 пластов производится устройствами для замера давления, входящими в состав делителя потока 1 и электроклапана 8 соответственно. Информация, фиксируемая устройствами для замера давления, передается через дополнительный кабель 16, делитель потока 1 и кабель 15 на устьевую станцию управления. При проводимой закачке станцией управления производится обработка передаваемой информации о параметре давления закачиваемых потоков, на основании которой производят регулировку в режиме реального времени степени открытия выходных каналов делителя 1 и электроклапана 8 путем подачи через кабель 15, делитель потока 1 и дополнительный кабель 16 сигнала на запорно-регулирующие элементы выходных каналов делителя 1 и электроклапана 8, добиваясь тем самым необходимой величины давления потоков рабочего агента, закачиваемого в каждый из пластов 9 и 10.
В случае если давление закачки для нижнего пласта 10 больше, чем для верхнего 9, то для проведения замера приемистости по пластам по команде со станции управления, передаваемой по кабелю 15, производят перекрытие канала делителя 1, связывающего верхний пласт 9 и колонну труб 2. При этом поток жидкости из колонны труб 2 в верхний пласт 9 не будет попадать, а целиком будет идти в нижний пласт 10. Устьевым расходомером определяют приемистость нижнего пласта 10. После этого открытием соответствующего канала в делителе 1 с колонной труб 2 сообщают верхний пласт 9. Поток рабочего агента из колонны труб 2 попадает в оба пласта. Изменением степени открытия выходного канала делителя 1, связывающего верхний пласт 9 и колонну труб 2, добиваются необходимой величины давления закачки для верхнего пласта 9. Информация о достижении необходимой величины давления закачки для верхнего пласта 9 фиксируется соответствующим устройством для замера давления, входящим в состав делителя потока 1, и передается по кабелю 15 на устьевую станцию управления. После этого по устьевому расходомеру определяют суммарную приемистость обоих пластов. Приемистость верхнего пласта 9 вычисляют вычитанием приемистости нижнего пласта 10 из суммарной приемистости обоих пластов.
В случае если давление закачки для верхнего пласта 9 больше, чем для нижнего 10, то для проведения замера приемистости по пластам по команде со станции управления, передаваемой через кабель 15, делитель 1 и дополнительный кабель 16, производят перекрытие канала электроклапана 8, связывающего нижний пласт 10 и колонну труб 2. Поток жидкости из колонны труб 2 в нижний пласт 10 не попадает, а целиком идет в верхний пласт 9. Устьевым расходомером определяют приемистость верхнего пласта 9. После этого открытием выходного канала в электроклапане 8 с колонной труб 2 сообщают нижний пласт 10. Поток жидкости из колонны труб 2 попадает в оба пласта. Изменением степени открытия выходного канала в электроклапане 8, связывающего нижний пласт 10 и колонну труб 2, добиваются необходимой величины давления закачки для нижнего пласта 10. Информация о достижении необходимой величины давления закачки для нижнего пласта 10 фиксируется устройством для замера давления, входящим в состав электроклапана 8, и передается через дополнительный кабель 16, делитель 1 и кабель 15 на устьевую станцию управления. После этого по устьевому расходомеру определяют суммарную приемистость обоих пластов. Приемистость нижнего пласта 10 вычисляют вычитанием приемистости верхнего пласта 9 из суммарной приемистости обоих пластов.
Таким образом, в предлагаемой установке обеспечена возможность ее эксплуатации при больших расходах закачиваемой жидкости за счет организации двух отдельных блоков (электромеханический делитель потоков и электроклапан) с увеличенными проточными каналами, в которых размещены запорно-регулирующие элементы для реализации индивидуальных параметров закачки каждого из пластов.