СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ЗАКАЧКИ ДВУХ ПЛАСТОВ ОДНОЙ СКВАЖИНОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF SIMULTANEOUS STAGE OPERATION AND PUMPING OF TWO FORMATIONS WITH ONE WELL, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к механизированным способам добычи нефти.
Известны различные способы одновременно-раздельной эксплуатации и закачки отдельных пластов одной скважиной нефтяного месторождения [1].
Ближайшим техническим решением, принятым за прототип, является способ одновременно-раздельной эксплуатации и закачки двух пластов с применением скважинной установки с параллельными колоннами насосно-компрессорных труб (НКТ), в котором из верхнего пласта штанговым насосом добывается нефть или нефтяная эмульсия, а в нижний пласт закачивается жидкость (вода) для поддержания пластового давления [2].
Недостатком прототипа является наличие двух независимых энергетических каналов, один из которых служит для привода погружного насоса, а другой обеспечивает работу наземного насосного агрегата для нагнетания жидкости в пласт.
В научно-технической литературе рассматриваются различные схемы технологии одновременно-раздельной эксплуатации и закачки отдельных пластов одной скважиной с использованием штанговых и электропогружных насосов, однако неизвестны схемы с гидроприводом погружного насоса, в которых поток жидкости, закачиваемый в пласт, используется также в качестве энергоносителя для привода погружного насоса для подъема нефти или иной скважинной жидкости из другого пласта.
Основной целью настоящего изобретения является создание способа одновременно-раздельной эксплуатации и закачки двух пластов с одним энергетическим каналом, отличающегося тем, что закачиваемая в скважину жидкость (энергоноситель) используется не только для поддержания пластового давления, но и для гидропривода погружного насоса.
Другой целью изобретения является упрощение устройства для реализации способа одновременно-раздельной эксплуатации и закачки двух пластов одной скважиной, в частности снижение металлоемкости конструкции установки и исключение из скважинного оборудования электрического привода погружного насоса, а также расширение функциональных возможностей наземного силового насоса, закачивающего жидкость в пласт.
Поставленная цель достигается за счет того, что в способе одновременно-раздельной эксплуатации и закачки двух пластов одной скважиной, включающем подъем пластовой жидкости из верхнего пласта с помощью погружного насоса и закачку с поверхности жидкости под давлением в нижний пласт для поддержания пластового давления, поток жидкости, закачиваемой с поверхности в скважину, используется не только как энергоноситель для поддержания давления в нижнем пласте, но и как и рабочая жидкость для гидравлического забойного двигателя, приводящего погружной насос для подъема жидкости из верхнего пласта.
Для реализации заявленного способа в скважину на НКТ спускается винтовой погружной агрегат, включающий в свой состав винтовой насос для подъема жидкости из верхнего пласта с приводом от винтового гидравлического двигателя (система «гидродвигатель - насос» [3]), осевую опору и каналы для прохождения силовой и добываемой жидкостей, причем на корпусе погружного агрегата размещены два пакера (соответственно выше зон перфорации верхнего и нижнего пластов), разобщающие верхний продуктивный пласт от нижнего пласта, в который закачивается под давлением жидкость, и от затрубного пространства, а в роторной группе погружного агрегата выполнен сквозной продольный канал, соединяющий внутреннюю полость НКТ с перфорационными отверстиями нижнего пласта.
Заявленный способ и устройство для его осуществления поясняется чертежами.
На фиг.1 показана принципиальная схема винтового погружного агрегата для одновременно-раздельной эксплуатации и закачки двух пластов одной скважиной, на фиг.2 - поперечные сечения рабочих органов гидродвигателя и насоса, а на фиг.3 - поперечное сечение рабочих органов насоса с штампованным профилированным ротором.
Устройство для осуществления заявляемого способа состоит из спускаемого в скважину 1 на насосно-компрессорных трубах 2 винтового агрегата, включающего в свой состав винтовой гидродвигатель 3, винтовой насос 4, опорный узел (шпиндель) 5, шарнирные соединения или гибкие валы 6 и 7, корпусные переводники 17 и 18. Рабочие органы гидродвигателя и насоса, выполненные на базе винтового героторного механизма с циклоидальным зацеплением, состоят из статоров 8 и 9 с эластичными зубьями и расположенных внутри них металлических роторов 10 и 11, совершающих планетарное движение. Шпиндель 5, включающий вал 16, установленный на радиальных подшипниках 19 и многорядной осевой опоре 20, располагается под винтовыми парами.
Статоры гидродвигателя и насоса 8 и 9 соединяются переводником 18, в котором выполнены радиальные отверстия б, в для выхода жидкости из гидродвигателя 3 и насоса 4.
Все детали роторной группы (роторы 10 и 11, шарнирные соединения 6 и 7, вал шпинделя 16) имеют сквозной продольный канал а, соединяющий нижний пласт с внутренней полостью колонны НКТ. В верхней части продольного канала устанавливается дроссель, конструктивно выполненный в виде насадки 12. Для разобщения верхнего и нижнего пластов, а также нагнетательной линии погружного насоса (кольцевого канала между обсадной колонной 1 и НКТ 2) внутри обсадной колонны установлены пакеры 13 и 14.
Предлагаемый способ одновременно-раздельной эксплуатации и закачки двух пластов одной скважиной реализуется следующим образом.
Нагнетаемая в скважину с поверхности силовым насосом через колонну НКТ рабочая жидкость, дойдя до винтового погружного агрегата, разделяется на два потока. Первая часть потока проходит через насадку 12 в сквозной продольный канал α и закачивается в нижний пласт II. Вторая часть потока поступает в каналы рабочих органов винтового гидродвигателя 3 (живое сечение между статором 8 и ротором 10), в результате чего винтовой двигатель вырабатывает крутящий момент, передаваемый от полого ротора 10 посредством полого шарнирного соединения 6 на полый ротор 11 винтового насоса 4.
Рабочие органы гидродвигателя и насоса имеют различные направления винтовых поверхностей, вследствие чего при вращении гидродвигателя насос поднимает жидкость из верхнего продуктивного пласта I через перфорационные (д) и входные (г) отверстия вверх и далее через отверстия на выходе в подает ее в зону над пакером 13, где она смешиваясь с отработанной в гидродвигателе рабочей жидкостью, выходящей через отверстия б, поднимается на дневную поверхность по кольцевому пространству между обсадной колонной и НКТ.
Поступающая через сквозной канал α часть потока рабочей жидкости поступает в зону под пакером 14 и через перфорационные отверстия е в обсадной колонне 1 нагнетается в нижний пласт II.
Гидравлические силы, возникающие в винтовом агрегате, воспринимаются радиальными 19 и осевыми 20 подшипниками, размещенными в шпинделе 5, полый вал 16 которого связан с полым ротором насоса 11 полым шарнирным соединением 7. Корпус шпинделя соединяется со статором насоса посредством переводника 17, в котором выполнены радиальные отверстия г.
Нижний пакер 14 монтируется на неподвижном хвостовике 15 корпуса агрегата выше зоны перфорации нижнего пласта. Верхний пакер 13 устанавливается на корпусе агрегата в зоне насоса 4.
Для герметизации выходного вала агрегата в хвостовике 15 устанавливается сальниковое или торцевое уплотнение 21.
Режим работы скважинной установки зависит от подачи силового насоса и соотношения рабочих объемов двигательной и насосной винтовых пар, определяемых кинематическим отношением, эксцентриситетом и шагами винтовых поверхностей рабочих органов. Регулирование соотношения расходов потоков жидкости, проходящих через винтовой гидродвигатель и в нижний пласт, а также частоты вращения винтового агрегата (подачи погружного насоса) производится предварительной установкой насадки 12 расчетного диаметра.
В общем случае погружной винтовой агрегат для осуществления способа состоит из двигательной, насосной и опорной (шпиндельной) секций, корпуса которых соединяются резьбовыми переводниками, а роторы - шарнирами или гибкими валами. Шпиндельная секция может располагаться внизу (под насосной секцией, как это показано на фиг.1) или находиться между двигательной и насосной секциями. Выбор схемы определяется конструктивными и эксплуатационными факторами.
В качестве погружного насоса для подъема жидкости из верхнего пласта может использоваться не только винтовой насос, но и любой насос динамического или объемного типа, который в наибольшей степени будет соответствовать требуемым напорным характеристикам и свойствам пластовой жидкости.
Для упрощения условий сборки-разборки винтового агрегата при замене изношенной винтовой пары или осевой опоры, а также использования унифицированных узлов секции гидродвигателя 3 и шпинделя 5 могут являться сборочными единицами типового винтового забойного двигателя для бурения скважин. При этом шпиндель представляет собой автономный узел, полый вал которого соединяется с ротором насоса посредством полого гибкого соединения.
Для возможности создания продольного канала в винтовом насосе в случае его незначительного диаметра ротор винтового насоса выполняется штампованным (с постоянной толщиной стенки) и некруглым профилированным внутренним отверстием.
Для исключения из конструкции винтового агрегата одного шарнирного соединения гидродвигатель и насос выполняются с идентичными профилями поперечных сечений, т.е. имеют одинаковые кинематическое отношение и эксцентриситет, что позволяет получить одинаковую кинематику винтовых пар и осуществить соединение роторов напрямую. В этом случае регулирование рабочих объемов двигателя и насоса производится путем соответствующего выбора шагов их винтовых поверхностей.
В случае использования шпинделя с осевой опорой скольжения функции уплотнения 21 может исполнять многорядная резинометаллическая пята непроточного типа.
Технический результат и экономический эффект от реализации предлагаемого способа достигается за счет снижения металлоемкости конструкции скважинной установки, исключения затрат на электропривод погружного насоса и возможности оперативного регулирования режима работы скважины путем изменения подачи наземного силового насоса.
Источники информации
1. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин / А.И.Акульшин и др. - М.: Недра, 1989, с.398.
2. Гарифов К. и др. Коммерческое использование технологии заканчивания скважин под совместно-раздельную эксплуатацию в компании ОАО «Татнефть», SPE 136423, 2010, с.4.
3. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Одновинтовые гидравлические машины. Том 1. М.: ИРЦ «Газпром», 2005, с.76.