способ периодической газлифтной эксплуатации скважины и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ периодической газлифтной эксплуатации скважины путем установки в скважине колонны подъемных труб с пакером и устьевым отсекателем, накопления пластовой жидкости и газа в скважине, создания разности давлений в колонне подъемных труб и затрубном пространстве скважины и выброса на поверхность столба накопившейся пластовой жидкости выделившимся из нее газом через колонну подъемных труб при открытом устьевом отсекателе, отличающийся тем, что выброс на поверхность столба накопившейся пластовой жидкости осуществляют через установленный на колонне подъемных труб выше пакера струйный насос, сообщающий полость колонны подъемных труб с надпакерным затрубным пространством, при этом перед накоплением жидкости полость подъемных труб и затрубное надпакерное пространство разобщают от подпакерного пространства до достижения величины пластового давления, большей величины давления выделившегося из пластовой жидкости газа в затрубном подпакерном пространстве скважины.

2. Устройство для периодической газлифтной эксплуатации скважины, включающее установленный на колонне подъемных труб пакер, обратный клапан и струйный насос, состоящий из диффузора, выходной конец которого обращен в верх колонны подъемных труб, корпуса с каналами, полой камеры, установленной в корпусе и образующей с ним канал для сообщения подпакерного пространства с полостью колонны подъемных труб над пакером, и сопла, соединенного с камерой, полость которой связана через каналы корпуса с надпакерным затрубным пространством скважины, отличающееся тем, что оно снабжено устьевым отсекателем, а обратный клапан размещен на нижнем конце подъемных труб.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначается для добычи нефти с содержанием газа из скважин путем их периодической газлифтной эксплуатации, преимущественно, в условиях низких забойных и пластовых давлений.

Известен способ периодической газлифтной эксплуатации скважины, заключающийся в накоплении жидкости и газа в скважине и последующем выбросе в выкидную линию скопившейся в скважине жидкостной пробки. Для выброса жидкости в затрубное пространство скважины в период выброса с поверхности скважины подают рабочий агент, например, в виде сжатого газа [1] Недостатком известного способа является необходимость проведения операции подачи рабочего газа извне (с поверхности скважины по дополнительному трубопроводу), что значительно усложняет способ и требует дополнительных материальных затрат.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ периодической газлифтной эксплуатации скважины путем накопления пластовой жидкости и газа в скважине, создания разности давления в колонне подъемных труб и затрубном пространстве скважины и выброса накопившейся пластовой жидкости через подъемные трубы на поверхность выделившимся из пластовой жидкости газом и поршнем [2] Накопление жидкости и сжатого газа при таком способе идет в герметично закрытой скважине. После открытия выкидного клапана выделившийся из пластовой жидкости газ через подъемные трубы уходит в выкидную линию, а неуравновешенное давление газа в затрубном пространстве продавливает жидкость из затрубного пространства в подъемные трубы по зазору между стенкой трубной колонны и поршнем, установленным в колонне подъемных труб. При этом поршень увлекается обтекающей его жидкостью вверх. В процессе выброса в выкидную линию вытесняется часть разгазированной жидкости, поднятой выделившимся из жидкости газом, а также жидкость, поднятая движущимся от башмака до устья скважины поршнем.

Известно устройство для периодической газлифтной эксплуатации скважины, которое содержит установленный на колонне подъемных труб струйный насос с соплом, камерой смещения и диффузором, пакер и обратный клапан. Через подъемные трубы в скважину с поверхности закачивают рабочий агент, который, проходя сопло струйного насоса и его диффузор, создает в камере смешения перепад давления, вследствие чего из подпакерной части скважины по той части подъемных труб, которая расположена ниже струйного насоса, всасывается нефть, причем последняя далее по затрубному надпакерному пространству скважины подается на поверхность [3] Недостатком известного способа и устройства является необходимость использования дополнительных средств для подъема жидкости на устье скважины (в способе поршня, в устройстве рабочего агента для ввода в работу струйного насоса), что снижает эффективность эксплуатации скважины и требует дополнительных материальных затрат. Кроме того, эти устройства вообще не предусматривают одновременно с добычей жидкости обеспечивать очистку забоя и дренирование призабойной зоны пласта. Для проведения этих операций также требуется привлечение дополнительной энергии извне.

Цель изобретения повышение эффективности путем полного использования энергии выделившегося из пластовой жидкости газа для подъема пластовой жидкости на поверхность при одновременном обеспечении очистки забоя и дренирования призайбойной зоны пласта без привлечения энергии извне.

Достигается это тем, что в известном способе периодической газлифтной эксплуатации скважины путем накопления пластовой жидкости и газа в скважине, создания разности давления в колонне подъемных труб и затрубном пространстве скважины и выброса столба накопившейся пластовой жидкости через подъемные трубы на поверхность выделившимся из пластовой жидкости газом, накопление пластовой жидкости и выделяющегося из нее газа производят в затрубном надпакерном пространстве скважины и в колонне подъемных труб при закрытом выкиде подъемных труб до достижения величины давления выделившегося из пластовой жидкости газа в затрубном надпакерном пространстве скважины жидкости газа в затрубном надпакерном пространстве скважины менее величины пластового давления на забое скважины путем первоначального разобщения и последующего сообщения затрубного надпакерного и подпакерного пространства скважины через колонну подъемных труб, а выброс столба накопившейся пластовой жидкости через подъемные трубы на поверхность выделившимся из пластовой жидкости газом производят при открытом выкиде подъемных труб через установленный на колонне подъемных труб выше пакера струйный насос путем сообщения внутреннего пространства подъемных труб с подпакерным и затрубным надпакерным пространством скважины.

Достигается это также тем, что в известном устройстве для периодической газлифтной эксплуатации скважины, содержащем установленный на колонне подъемных труб струйный насос с соплом, камерой смешения и диффузором, пакер и обратный клапан, указанный обратный клапан установлен в нижнем конце колонны подъемных труб ниже пакера, на выкиде подъемных труб установлен устьевой отсекатель, в струйном насосе ниже камеры смещения коаксиально выполнена закрытая камера, внутреннее пространство которой в верхней части с помощью сужающегося вверх вертикального раструба герметично соединено с входным концом сопла, а с боковых сторон внутреннее пространство камеры с помощью поперечных каналов соединено с затрубным надпакерным пространством скважины, при этом камера смешения струйного насоса с помощью продольных каналов сообщена с внутренней полостью подпакерной части колонны подъемных труб, а выходной конец диффузора струйного насоса обращен вверх колонны подъемных труб.

В настоящее время из общедоступных источников научно-технической информации нам не известны способы периодической газлифтной эксплуатации скважины и устройства для их осуществления, в которых для подъема жидкости из скважины на поверхность использовался бы установленный на подъемных трубах струйный насос, приводимый в работу только энергией выделившегося из пластовой жидкости газа без привлечения энергии извне, при этом одновременно обеспечивалась бы очистка забоя от механических примесей и дренирование призабойной зоны пласта также без использования дополнительных технических средств. Поэтому предлагаемые способ и устройство для его осуществления соответствуют критерию "новизна".

Благодаря тому, что в период накопления пластовой жидкости и выделяющегося из нее газа в заявляемом изобретении первоначально разобщают затрубное надпакерное и подпакерное пpостранства скважины, перекрывая выкид подъемных труб устьевым отсекателем и перекрывая нижний конец подъемных труб обратным клапаном, то тем самым исключают переток находящегося в подъемных трубах столба жидкости в подпакерное пространство скважины, исключая тем самым кольматацию призабойной зоны скважины. При этом создаются условия для перетока столба жидкости из зоны более высокого давления (подъемных труб) в зону более низкого давления (затрубное надпакерное пространство скважины) через подъемные трубы и струйный насос заявляемой конструкции, в результате чего происходит перераспределение и последующее уравнивание давлений в затрубном надпакерном пространстве скважины и в колонне подъемных труб, а также рост давления в подпакерном пространстве скважины.

Благодаря тому, что вслед за этим производят последующее сообщение затрубного надпакерного и подпакерного пространства скважины через открытый обратный клапан и колонну подъемных труб с установленным в ней струйным насосом заявляемой конструкции, то тем самым обеспечивается накопление пластовой жидкости и выделяющегося из нее газа в затрубном надпакерном пространстве скважины и в колонне подъемных труб.

Благодаря тому, что период накопления ведут до достижения величины давления выделившегося из пластовой жидкости газа в затрубном надпакерном пространстве скважины заданной величины менее величины пластового давления на забое скважины, то тем самым создаются условия, чтобы в последующий период выброса обеспечить гарантированный выброс столба накопившейся пластовой жидкости энергией этого газа, а также обеспечить ввод в работу струйного насоса этой же энергией выделившегося из пластовой жидкости газа в затрубном надпакерном пространстве скважины.

Благодаря тому, что когда после достижения в затрубном надпакерном пространстве скважины давления газа заданной величины открывают выкид подъемных труб (при открытом на нижнем конце колонны подъемных труб обратном клапане), то происходит сообщение внутренней полости подъемных труб с подпакерным и затрубным надпакерным пространством скважины посредством продольных каналов струйного насоса, сообщающих камеру смешения струйного насоса с внутренней полостью подпакерной части колонны подъемных труб, а также посредством поперечных каналов струйного насоса, сообщающих затрубное надпакерное пространство скважины через закрытую камеру струйного насоса с его соплом, то тем самым обеспечивается выброс столба накопившейся в затрубном надпакерном пространстве и в колонне подъемных труб жидкости через струйный насос и колонну подъемных труб на поверхность.

Кроме того, в период выброса благодаря давлению газа, выделившегося из пластовой жидкости в затрубном надпакерном пространстве скважины, перемещаемый через струйный насос и колонну подъемных труб на поверхность скважины столб жидкости приводит в работу струйный насос, в результате чего, кроме подъема столба пластовой жидкости по колонне подъемных труб на поверхность одновременно происходит разряжение в подпакерной зоне скважины, что в свою очередь вызывает интенсивный приток в подъемные трубы из призабойной зоны скважины пластовой жидкости, механических примесей, накопившейся воды и выброс их на поверхность, производя тем самым очистку забоя и дренирование призабойной зоны пласта без привлечения энергии извне.

Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа и устройства для его осуществления обеспечивают в совокупности с известными признаками получение новых свойств, отраженных в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод, что изобретения отвечают критерию "изобретательский уровень" и связаны между собой единым изобретательским замыслом.

На фиг. 1 представлен продольный разрез скважины, оборудованной устройством для осуществления предлагаемого способа, в состоянии после окончания выброса столба накопившейся пластовой жидкости через подъемные трубы на поверхность выделившимся из пластовой жидкости газом (начало периода накопления); на фиг.2 то же, в момент достижения в затрубном пространстве скважины давления выделившегося из пластовой жидкости газа максимального значения после перераспределения давлений жидкости и газа в затрубном надпакерном пространстве скважины и колонне подъемных труб (конец периода накопления); на фиг. 3 то же, в период выброса столба накопившейся пластовой жидкости через подъемные трубы на поверхность выделившимся из пластовой жидкости газом; на фиг. 4 продольный разрез струйного насоса устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг.5 поперечный разрез А-А на фиг.4.

Устройство для осуществления предлагаемого способа периодической газлифтной эксплуатации скважины содержит установленный на колонне подъемных труб 1 струйный насос 2, пакер 3 и обратный клапан 4, установленный в нижнем конце колонны подъемных труб 1 ниже пакера 3. Струйный насос 2 содержит сопло 5, камеру смешения 6, диффузор 7 и закрытую камеру 8. Камера 8 в струйном насосе 2 выполнена ниже камеры смешения 6, коаксиально ей. Внутренее пространство закрытой камеры 8 в верхней части с помощью сужающегося вверх вертикального раструба 9 герметично соединено с входным концом 10 сопла 5, а с боковых сторон внутреннее пространство камеры 8 с помощью поперечных каналов 11 соединено с затрубным надпакерным пространством 12 скважины. При этом камера смешения 6 струйного насоса 2 с помощью продольных каналов 13 сообщена с внутренней полостью 14 подпакерной части подъемных труб 1, а выходной конец диффузора 7 струйного насоса 2 обращен вверх колонны подъемных труб 1.

На выкиде подъемных труб 1 установлен устьевой отсекатель 15.

Устройство осуществляет способ следующим образом.

В конце очередного выкида столба жидкости из скважины на поверхность, когда давление выделившегося из пластовой жидкости газа в затрубном надпакерном пространстве 12 скважины снизится до заданной величины, определяемой параметрами пласта, перекрывают устьевой отсекатель 15 на выкиде подъемных труб 1 (фиг.1). Одновременно с этим под действием веса столба находящейся в подъемных трубах жидкости обратный клапан 4 автоматически перекрывает нижний конец колонны подъемных труб 1, исключая переток этого столба жидкости в подпакерное пространство скважины. Таким образом производят первоначальное разобщение подпакерного и затрубного надпакерного пространства скважины. Столб жидкости, находящийся в колонне подъемных труб 1, лишенный возможности вытечь на забой, перетекает в затрубное надпакерное пространство 12 скважины по поперечным каналам 11 струйного насоса 2. Таким образом, давление в надпакерном пространстве скважины перераспределяется из зоны более высокого давления (подъемных труб 1) в зону более низкого давления (затрубное надпакерное пространство 12). Струйный насос 2 при перераспределении и накоплении пластовой жидкости в затрубном надпакерном пространстве 12 скважины работает как перепускное устройство.

По мере того, как закончится переток жидкости из колонны подъемных труб 1 в затрубное надпакерное пространство 12 скважины, и давление в обоих простpанствах выравняется, а в подпакерном пространстве 16 скважины восстановится пластовое давление, произойдет автоматическое открытие обратного клапана 4, так как давление в колонне подъемных труб 1 и затрубном надпакерном пространстве 12 при закрытом обратном клапане 4 по величине будет меньше величины пластового давления на забое скважины. При открытии обратного клапана 4 осуществляют сообщение подпакерного 16 и затрубного надпакерного 12 пространства скважины через колонну подъемных труб 1, в результате чего накопление пластовой жидкости будет происходить в колонне подъемных труб 1 и затрубном надпакерном пространстве 12 скважины. Выходящая из пласта жидкость с газом с забоя скважины через открытый обратный клапан 4 поступает в нижнюю часть колонны подъемных труб 1, далее через продольные каналы 13, камеру смешения 6 и диффузор 7 струйного насоса 2 пластовая жидкость поступает в верхнюю часть колонны подъемных труб 1, а через сопло 5, камеру 8 и поперечные каналы 11 струйного насоса 2 пластовая жидкость поступает в затрубное надпакерное пространство 12 скважины. В течение всего периода накопления жидкости газ, выделяющийся из пластовой жидкости, скапливается в верхней части затрубного надпакерного пространства 12. Как только в затрубном надпакерном пространстве 12 скважины величина давления выделившегося из пластовой жидкости газа достигнет заданной величины менее величины пластового давления на забое скважины (конец периода накопления, фиг.2), открывают устьевой отсекатель на выкиде подъемных труб 1. Под давлением газа, скопившегося в затрубном надпакерном пространстве 12 скважины, жидкость через поперечные каналы 11, камеру 8, сопло 5, диффузор 7 и колонну подъемных труб 1 выталкивается на поверхность, включая тем самым в работу струйный насос 2 (фиг.3). Таким образом, выброс столба накопившейся пластовой жидкости производят через подъемные трубы 1 на поверхность через струйный насос путем сообщения внутреннего пространства подземных труб с подпакерным 16 и затрубным надпакерным пространством 12 скважины. При работе струйного насоса 2 в нижней части колонны подъемных труб 1, которая находится под струйным насосом 2, а также в подпакерном пространстве скважины 16 возникает разряжение, которое стимулирует интенсивный приток пластовой жидкости из призабойной зоны скважины в колонну подъемных труб 1, а также дренирует призабойную зону скважины, производя этим самым очистку забоя скважины одновременно с подъемом пластовой жидкости на поверхность без привлечения дополнительных средств и энергии извне.

При снижении давления выделившегося из пластовой жидкости в затрубном надпакерном пространстве газа до заданной величины, определяемой параметрами пласта, перекрывают выкидную линию скважины и нижний конец подъемных труб 1. Скважина в цикле работы переходит вновь на режим накопления.

Таким образом, предлагаемые изобретения позволяют полностью использовать энергию выделяющегося из пластовой жидкости газа для подъема пластовой жидкости на поверхность без привлечения энергии извне, что особенно важно в условиях работы скважины при низких забойных и пластовых давлений, при этом, увеличивая текущую добычу при одновременном обеспечении очистки забоя и дренирования призабойной зоны пласта также без привлечения энергии извне.