устройство для формирования структуры газожидкостного потока в скважинах

Формула изобретения

1. Устройство для формирования структуры газожидкостного потока в скважине, включающее лифтовую колонну труб, внутри которой размещены элементы для формирования структуры газожидкостного потока, отличающееся тем, что элементы выполнены в виде рабочих тел - четок в количестве одной или более единиц с отношением

d_ч/d^в_к 0,9,

где d_ч - максимальный диаметр или радиальный размер четок;

d^в_к - внутренний диаметр лифтовой колонны, свободно нанизанных на несущей подвеске в виде троса или штанговой сборки и распределенных по длине лифтовой колонны с возможностью их радиального и осевого перемещения,

при этом осевое перемещение четок регламентировано в пределах интервалов расстановки ограничителей.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ограничители осевого перемещения четок жестко закреплены на несущей подвеске с интервалами между ними, которые заданы в зависимости от степени текущего газосодержания по длине лифтовой колонны.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что четки выполнены различной геометрической формы из материала одного или различного удельного веса, или из разнородных материалов, сплошными или полыми внутри или с полостью, заполненной жидкостью одной или различной плотности.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области добычи газожидкостных смесей, в частности газированной нефти, и может использоваться в скважинах при естественном фонтанировании продуктивного объекта или при искусственной подаче компремированного газа для подъема жидкости (газлифтная добыча).

Известно устройство для создания поршневой структуры газожидкостного потока в лифтовой колонне [1], которое принято нами как аналог. Оно содержит колонну насосно-компрессорных труб и камеру замещения, размещенную внутри лифтовой колонны, где происходит формирование периодической структуры газ-жидкость (чередование пробок газа и жидкости).

Количество камер замещения, распределенных в разных местах по длине лифтовой колонны, может быть различным.

К общим недостаткам данной системы устройств следует отнести следующие:

1) элементы, формирующие структуру газожидкостного потока, устанавливаются стационарно в разъемах труб лифтовой колонны, поэтому для их замены необходимо поднимать и затем вновь спускать лифтовую колонну в скважину;

2) при образовании наслоений внутри лифтовой колонны, например парафина, нет возможности очистки труб без подъема колонны;

3) отсутствует возможность спуска приборов внутрь лифтовой колонны для определения забойных параметров притока пластовых флюидов и проведения геофизических работ;

4) не реализуются эффекты динамики осевого движения элементов для формирования поршневой (снарядной) структуры восходящего газожидкостного потока из скважины.

Известно устройство [2] для фонтанной и газлифтной эксплуатации нефтяных скважин, в котором используются шаровые тела для формирования поршневой структуры газожидкостного потока. Это устройство по своей технической сущности и принципу действия наиболее близко к заявляемому и поэтому принят нами за прототип.

Основные недостатки прототипа состоят в следующем:

1) данное устройство представляет собой по существу клапанную систему и работает в клапанном режиме, поэтому не используются динамические эффекты, связанные с осевым движением шаровых элементов;

2) элементы, формирующие структуру газожидкостного потока, находятся в стационарном положении и поэтому не оказывают влияния на газовые пробки, чтобы препятствовать их дрейфу.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности добычи жидкой фазы пластовых флюидов, снижение выбросов попутного или расхода закачиваемого газа с устранением вышеуказанных недостатков известных устройств, предназначенных для формирования структуры газожидкостного потока в скважинах.

Необходимый технический результат достигается тем, что в устройстве, включающем лифтовую колонну труб, внутри которой размещены элементы, формирующие структуру газожидкостного потока, элементы выполнены в виде рабочих тел - четок в количестве одной или более единиц с отношением d_ч/0,9, где d_ч - максимальный диаметр или радиальный размер четок, - внутренний диаметр лифтовой колонны, свободно нанизанных на несущей подвеске в виде троса или штанговой сборки и распределенных по длине лифтовой колонны с возможностью их радиального и осевого перемещения, при этом осевое перемещение четок регламентируется в пределах интервалов расстановки ограничителей. Ограничители осевого перемещения четок жестко закреплены на несущей подвеске с интервалами между ними, которые задаются в зависимости от степени текущего газосодержания по длине лифтовой колонны. При этом четки могут быть выполнены различной геометрической формы из материала одного или различного удельного веса или из разнородных материалов, сплошными или полыми внутри, или с полостью, заполненной жидкостью одной или различной плотности.

Общий вид подвески, содержащей элементы формирования структуры газожидкостного потока в виде четок шаровой формы представлен на фиг.1.

Варианты четок различной геометрической формы показаны условно на фиг.2 (а, б, в, г).

Заявляемое устройство в единичном исполнении в виде шара представлено на фиг.3. Оно содержит лифтовую колонну 2, спущенную в скважину 1, несущую подвеску 3, на которой свободно насажена четка 4, и ограничители осевого перемещения четки 5, выполненные в виде хомутов и жестко закрепленные на подвеске 3, которая имеет внизу отвес 6.

Устройство, представленное на фиг.3, работает следующим образом. Газожидкостный поток, поступающий от забоя и поднимающийся к устью скважины, обтекает четки 4, за которыми образуются поршни газа (газовые пузыри) 7, а стекающая по стенкам труб 2 жидкость (например, нефть) образует жидкие поршни, и таким образом формируется система чередующихся поршней газа и жидкости, оптимальная с точки зрения эффективности расхода газа и выноса жидкости. Эффект концентрирования дисперсного газа в газовые поршни (пузыри) резко возрастает, если четки идут навстречу потоку и ускоряется и одновременно “захлебывание” т.е. образование жидких поршней. Для этого ход четки вверх (под действием больших газовых пузырей) и вниз (под действием веса) происходит в интервале разноса двух соседних ограничителей 5.

При прохождении вокруг четки спонтанно возникающих поршней газа и жидкости четка будет совершать колебательные движения в осевом направлении.

При прохождении вокруг четки газожидкостной (пузырьковой) смеси четка будет тонуть (двигаться вниз) и совершать поперечные колебания относительно подвески.

Большие пузыри - газовые поршни, натыкаясь при подъеме на четку, заставят ее подниматься вверх до верхнего ограничителя ее хода. Затем она будет падать вниз, оставляя за собой новые газовые поршни, если ниже в потоке идет мелкопузырьковая смесь.

Движению четки навстречу потоку способствует также слой жидкости, стекающий вниз по стенкам труб лифтовой колонны.

Формирование регулярной поршневой структуры газожидкостного потока будет иметь место в тех интервалах, где происходит режим пузырькового течения или идет сепарация газа и возникает режим стержневого течения газа в центре колонны лифтовых труб.

Учитывая то обстоятельство, что при фонтанировании продуктивных нефтегазовых объектов в скважинах или при газлифтной добыче жидкости в лифтовой колонне (как установлено стендовыми исследованиями) обычно наблюдается хаотичное движение газожидкостной смеси, т.е. присутствуют все виды течения (стержневое, поршневое, пузырьковое), то предлагаемая система распределенных четок будет автоматически формировать регулярный поршневой режим движения только там, где его нет.

Четки выполняют три функции:

1) четка, размещенная внутри лифтовой колонны, служит препятствием для сегрегации газа в центр колонны и заставляет газовые пузырьки перемещаться на периферию к стенкам трубы и таким образом снизить эффект скольжения газа;

2) при падении четки вниз за ней создается зона разрежения, где концентрируются пузырьки газа (диффузия газа в зону разрежения), образуя газовый поршень, необходимый для формирования поршневой структуры газожидкостного потока;

3) при движении вверх или вниз четка вибрирует за счет радиального смещения и заставляет вибрировать трубы, что усиливает эффект “захлебывания” и тем самым улучшает формирование поршневой структуры газожидкостного потока.

Особое значение системы четок в лифтовой колонне состоит в том, что в отличие от прототипа перемещение четок в интервале их хода от нижнего ограничителя до верхнего позволяет удерживать газовый поршень в рабочем режиме, препятствуя его переходу в режим дрейфа, когда он перестает перемещать вверх жидкий поршень, а лишь “размазывает” его по стенкам труб.

Фактически здесь получается самосогласованная система негерметичных “летающих” поршней, подобных плунжерному лифту, но в отличие от него работающих без “холостого” пробега.

Достоинством системы четок является также то, что при необходимости подвеска может подниматься на поверхность с помощью лебедки для очистки лифтовой колонны от газогидратных образований или отложений парафина внутри труб. В этом случае четки будут выполнять роль скребков.

Возможность автономного подъема системы четок дает то важное преимущество, что лифтовую колонну можно освободить для производства геофизических работ или исследования скважины. Пример практического использования предлагаемого изобретения.

В скважину, оборудованную одноразмерной лифтовой колонной из насосно-компрессорных труб (НКТ), спускают подвеску (трос), на которой через 100 м длины закреплены ограничители в виде хомутов (вариант равномерной разбивки интервалов движения четок). Между ограничителями расположены четки в виде свободно нанизанных на трос шаров, диаметр которых на 6 мм меньше внутреннего диаметра НКТ. Вес четок, как частный случай, одинаковый.

На устье скважины подвеску закрепляют, а на забое (на конце троса) вешают отвес для натяжения подвески.

Затем скважину пускают в работу в фонтанном режиме или подъема жидкости за счет внутреннего или внешнего газлифта.

Эффект присутствия подвески четок и их работы оценивают в сравнении по удельному количеству добываемой жидкости и расходу газа. Модельные опыты показывают, что количество добываемой жидкости возрастает примерно на 40%, а расход газа снижается в 1.7 раза.

Источники информации

1. Иванников В.И., Иванников И.В. Устройство для преобразования газожидкостного потока в скважине. Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 99123083 от 02.11.99.

2. Авторское свидетельство СССР № 1117395, 07.10.1984.