способ одновременно-раздельной разработки двух и более пластов и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ одновременно-раздельной разработки двух и более пластов, включающий создание разряжения в скважине и в пересекаемых ею пластах с помощью одного насоса и осуществление добычи продукта из эксплуатируемых пластов через насосно-компрессионную трубу, отличающийся тем, что в зоне создаваемого насосом разряжения обеспечивают ввод в полость насосно-компрессионной трубы потока продукта из одного или нескольких дополнительных предварительно вскрытых пластов через шиберную заслонку с задаваемой величиной ее открытия, при этом постоянно измеряют давление на забое в основном и в каждом из дополнительно разрабатываемых пластов, для чего в них устанавливают датчики давления и расходомер, поддерживают давление в заранее заданных пределах, оптимальных для каждого из разрабатываемых пластов и обеспечивающих выход продукта, путем изменения величины отбора продукта из каждого из разрабатываемых пластов с помощью шиберной заслонки с использованием показаний датчиков давления.

2. Установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух и более пластов, включающая проходящую через два или более эксплуатируемых пласта насосно-компрессионную трубу, пакеры и установленный в насосно-компрессионной трубе насос, отличающаяся тем, что в зоне создаваемого насосом разряжения на уровне расположения по меньшей мере одного пласта, через который проходит насосно-компрессионная труба, последняя снабжена вставкой, стенка которой снабжена совокупностью окон, и шиберной заслонкой, имеющей возможность перекрытия или открытия окон и связанной с ее приводом, при этом установка снабжена расходомером и датчиком давления в каждом из дополнительно разрабатываемых пластов, связанных с блоком задания величины открытия шиберной заслонки, выход которого подключен ко входу ее привода.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что вставка выполнена с сужением ее проходного сечения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным насосным установкам для одновременной раздельной эксплуатации двух продуктивных пластов.

При добыче нефти часто приходится встречаться с проблемой одновременной эксплуатации нескольких нефтеносных горизонтов, имеющих различные характеристики (пластовое давление, проницаемость, пористость, давление насыщения, вязкость нефти, наличие неньютоновских свойств и др.) одной скважиной. К тому же, каждый горизонт иногда содержит несколько пластов с различными характеристиками, требующими индивидуального подхода к их разработке. Даже в пределах одного пласта, отличающегося достаточной геологической однородностью, всегда присутствуют пропластки с различной проницаемостью, разделенные тонкими непроницаемыми прослоями. Фильтрация по таким пропласткам может происходить независимо. Более того, в отдельных пластах могут существовать различные давления и нефти с различными свойствами, что обусловливает необходимость раздельной эксплуатации пластов. Наличие нескольких горизонтов или пластов с различными характеристиками вызывает необходимость разрабатывать их самостоятельными сетками скважин. Опыт разработки нефтяных месторождений показывает,, что более половины всех капитальных вложений приходится на бурение скважин. В связи с этим всегда возникает проблема объединения тех или иных пропластков, пластов или горизонтов в один или несколько объектов разработки, которые могли бы эксплуатироваться одной сеткой скважин. Решать эту задачу обычно приходится на первых стадиях разработки, а иногда и на стадии разведки или опытной эксплуатации месторождения, когда информация о геологическом его строении ограничена, вследствие малого числа скважин. В связи с этим в скважинах приходится перфорировать несколько пластов и эксплуатировать их, как говорят, «общим фильтром». Это позволяет экономить значительные средства и материальные ресурсы на бурении скважин.

Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным изобретением признаков.

Известна скважинная штанговая насосная установка для одновременной эксплуатации двух пластов в скважине, содержащая колонну лифтовых труб, колонну штанг, пакер, хвостовик и дифференциальный насос, причем всасывающий и нагнетательный клапаны верхней секции насоса установлены сбоку от цилиндра, а между ними размещен самоуплотняющийся пакер, см. Одновременная раздельная эксплуатация многопластовых нефтяных месторождений, Р.А. Максутов, Б.Е. Доброскок, Ю.В. Зайцев, Недра, 1974. - Стр.89, рис.54. В этой установке производится раздельный подъем продукции пластов: нижнего - по колонне лифтовых труб, верхнего - по эксплуатационной колонне скважины. Недостатками установки являются сложная конструкция, невозможность исследования пластов в процессе эксплуатации (определение забойных и пластовых давлений), при необходимости извлечения насоса он поднимается вместе с верхним пакером, что способствует его износу и снижению надежности работы установки, кроме того, в результате «поршневого» эффекта, создаваемого пакером при подъеме, происходит излив продукции из эксплуатационной колонны скважины.

Известна насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов в скважине, содержащая колонну лифтовых труб, кабель, пакер, хвостовик и два отдельных насоса для откачки продукции пластов, которые заключены в верхний и нижний кожухи, причем насос для откачки продукции нижнего пласта выполнен электропогружным, при этом нижний кожух электропогружного насоса снабжен узлом герметизации кабеля и сообщен снизу с подпакерным пространством через хвостовик, который выше пакера оснащен перепускным устройством, имеющим возможность обеспечения гидравлической связи надпакерного пространства скважины с ее подпакерным пространством через хвостовик при достижении в скважине давления срабатывания перепускного устройства, причем выход электропогружного насоса сообщен с верхним кожухом, который сверху сообщен с колонной лифтовых труб и снабжен боковым каналом, при этом верхний насос выполнен штанговым, колонна штанг которого выполнена полой и герметично соединена с плунжером штангового насоса, причем прием этого насоса посредством бокового канала сообщен с надпакерным пространством, а электропогружной насос снизу может быть оснащен датчиком давления, выполненным с возможностью передачи информации по кабелю электропогружного насоса, см. патент РФ № 2291953.

Недостатками данной установки являются:

- конструктивная невозможность использования вставного плунжерного насоса, что усложняет процесс извлечения и ремонта этого насоса (это возможно только с колонной лифтовых труб);

- подъем полых штанг и колонны лифтовых труб невозможно осуществлять без излива находящихся в них жидкостей, что ухудшает условия труда обслуживающих бригад;

- невозможность закачки реагентов в нижний пласт и промывки межтрубного пространства под пакером без извлечения установки из скважины.

Известна скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов, содержащая колонну лифтовых труб, кабель, пакер, установленный между пластами, перепускное устройство, верхний, заключенный в кожух, - плунжерный с колонной штанг и нижний, сообщенный с подпакерным пространством, - электропогружной с электродвигателем насосы для откачки продукции соответствующих пластов, узел герметизации кабеля, при этом выход электропогружного насоса сообщен патрубком с верхним кожухом, который сверху сообщен с колонной лифтовых труб и снабжен боковым каналом, сообщающим вход верхнего насоса с надпакерным пространством, которая характеризуется тем, что верхний кожух выполнен в виде втулки с дополнительным продольным каналом, оснащенной технологическим патрубком, закрепленным сверху верхнего кожуха и сообщенным сверху с лифтовой колонной труб, а снизу - с боковым каналом, который снабжен предохранительным обратным клапаном, а патрубок, сообщающий выход нижнего насоса с колонной лифтовых труб через продольный канал верхнего кожуха, также снабжен дополнительным обратным клапаном, выше которого размещены последовательно перепускное устройство и пакер с узлом герметизации кабеля, причем плунжерный насос выполнен вставным с возможностью герметичного взаимодействия с внутренней поверхностью технологического патрубка верхнего кожуха, а дополнительный клапан оснащен боковыми перепускными каналами с регулируемыми клапанами, открывающимися при повышении давления в обратном клапане выше установленного, при этом давление посадки пакера ниже установленного для регулируемых клапанов обратного клапана, см. патент РФ № 2405925.

Известна установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине содержащая колонну лифтовых труб, пакер, хвостовик и штанговый насос с основным и дополнительным боковым всасывающими клапанами, см патент РФ № 2221136.

Недостатком установки является невозможность определения дебитов пластов и их обводненности из-за смешения их продукций в цилиндре насоса.

Известна установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, включающая колонну лифтовых труб, пакер, хвостовик, колонну штанг и штанговый насос с полым плунжером, оснащенным нагнетательным клапаном, и основным всасывающим клапаном на входе, сообщенным с хвостовиком, и боковой всасывающий клапан, сообщенный выходом с отверстием в стенке цилиндра насоса, которая характеризуется тем, что между цилиндром насоса и основным клапаном размещен полый корпус, верхняя часть которого сообщена каналом через обратный клапан с верхней частью цилиндра, а штанги выполнены полыми, сообщенными с внутренней полостью плунжера, при этом ниже отверстия для бокового канала в цилиндре размещен разделительный поршень, с возможностью ограниченного продольного перемещения вниз в полость корпуса и вверх под воздействием плунжера, причем расстояние между входом канала в верхнюю часть цилиндра и отверстием для бокового клапана равно длине плунжера, см. патент РФ № 2370641.

Данному аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, в связи с чем данное известное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа являются отсутствие возможности учета индивидуальных особенностей разрабатываемых пластов, отсутствие возможности разработки отбракованных пластов, сложность конструкции установки, обусловленная большим количеством входящих в нее элементов, что в конечном счете снижает надежность работы установки в целом, затрудняет осуществление соответствующих изменений объемов отбираемых из пластов сред.

Задача изобретения заключается в упрощении конструкции установки и повышении надежности ее работы при одновременном обеспечении возможности учета различных характеристик пластов, таких как пластовое давление, проницаемость, пористость, и обеспечение индивидуального подхода к разработке нескольких пластов.

Сущность первого независимого объекта изобретения, как технического решения, выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше результата.

Способ одновременно-раздельной эксплуатации двух и более пластов, включающий создание разряжения в скважине и в пересекаемых ею пластах с помощью одного насоса и осуществление добычи продукта из эксплуатируемых пластов через насосно-компрессионную трубу, который характеризуется тем, что в зоне создаваемого насосом разряжения обеспечивают ввод в полость насосно-компрессионной трубы потока продукта из одного или нескольких дополнительных предварительно вскрытых пластов, при этом постоянно измеряют давление на забое в основном и в каждом из дополнительно разрабатываемых пластов, поддерживают это давление в заранее заданных пределах, оптимальных для каждого из разрабатываемых пластов и обеспечивающих выход продукта, путем изменения величины отбора продукта из каждого из разрабатываемых пластов.

Сущность второго независимого объекта изобретения, как технического решения, выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше результата.

Установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух и более пластов, включающая проходящую через два или более эксплуатируемых пласта насосно-компрессионную трубу, пакеры и установленный в насосно-компрессионной трубе насос, которая характеризуется тем, что на уровне расположения по меньшей мере одного пласта, через который проходит насосно-компрессионная труба, последняя снабжена вставкой, стенка которой снабжена совокупностью окон, перекрываемых шиберной заслонкой, связанной с ее приводом, при этом установка снабжена расходомером и датчиком давления в каждом из дополнительно разрабатываемых пластов, связанных с блоком задания величины открытия шиберной заслонки, выход которого подключен ко входу ее привода.

Кроме того, второй независимый объект заявленного технического решения характеризуется дополнительными признаками, а именно:

- вставка может быть выполнена с сужением ее проходного сечения.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленного изобретения.

Технический результат, достигаемый при использовании существенных признаков изобретения заключается в том, что при использовании одного насоса любого типа обеспечивается возможность с одной стороны одновременной разработки двух и более пластов, а с другой стороны раздельной разработки двух и более пластов, поскольку управляемая шиберная заслонка обеспечивает изменение объемов отбираемых из пластов продуктов с учетом их индивидуальных характеристик.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен разрез по скважине, в которой осуществляют одновременно-раздельную разработку двух пластов.

Установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух и более пластов включает проходящую через основной эксплуатируемый пласта 1 и дополнительно эксплуатируемый пласт 2 насосно-компрессионную трубу 3, пакеры (условно не показаны) и установленный в трубе насос 4. На уровне расположения пласта 2 насосно-компрессионная труба 3 снабжена вставкой 5, выполненной с сужением ее проходного сечения, при этом стенка вставки 5 снабжена совокупностью окон 6, перекрываемых шиберной заслонкой 7, связанной с ее приводом 8. Установка снабжена датчиками давлений 9 и 10 в каждом из разрабатываемых пластов. Датчики 9 и 10 связанны с блоком 11 задания величины открытия шиберной заслонки 7, выход которого подключен ко входу ее привода 8. В пласте 1 или 2 установлен расходомер 12.

Установка работает следующим образом.

Пласт 2, находящийся в зоне создаваемого насосом 4 разряжения предварительно вскрывают, а на уровне расположения пласта 2 насосно-компрессионная трубу 3 снабжают вставкой 5 и таким образом обеспечивают ввод в полость насосно-компрессионной трубы 3 потока продукта из пласта 2 через окна 6. С помощью датчика 9 постоянно измеряют давление на забое в основном пласте 1 и в дополнительно разрабатываемом пласте 2 и поддерживают это давление в заранее заданных пределах, оптимальных для каждого из разрабатываемых пластов 1 и 2. Оптимальное давление в пластах 1 и 2 поддерживают путем изменения величины отбора продукта. Датчики 9 и 10 передают свои показания на блок задания величины открытия шиберной заслонки 7, выход которого подключен ко входу ее привода 8. Шиберная заслонка 7 перемещается и открывает или перекрывает окна 6 в стенке вставки, что влечет за собой изменение величины отбора продукта из пласта 2. Расходомер 12, размещенный в одном из двух разрабатываемых пластов, позволяет по известному суммарному объему извлечения продукта определить расходы по разрабатываемым пластам.

Таким образом, заявленное техническое решение позволяет без существенного усложнения конструкции обеспечивать одновременную или раздельную разработку двух и более пластов с использованием одного насоса любого типа. При этом обеспечивается возможность контроля давления во всех пластах, поддержание его на оптимальном уровне путем изменения объемов отбираемых из пластов продуктов с учетом их индивидуальных характеристик.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как она охарактеризована в формуле изобретения. Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом с использованием известных материалов и технических средств.