устройство для последовательного отбора нефти и воды из скважины

Формула изобретения

Устройство для последовательного отбора нефти и воды из скважины, включающее трубу-хвостовик, сферические запорные элементы, переключатель потока и посадочные седла, отличающееся тем, что переключатель потока выполнен в виде горизонтального цилиндра с входными отверстиями в начальном и конечном участках для подвода соответственно нефти и воды и центральным отверстием для отвода обеих фаз, внутри цилиндра размещен трехсекционный поршень с приемными отверстиями для жидкостей в двух крайних секциях, а средняя секция выполнена глухой, причем длина глухой секции поршня равна диаметру отводного отверстия цилиндра переключателя, а общая длина поршня выбрана такой, что при крайних левом или правом положениях отверстия одной из секций поршня совпадают с одним из подводящих отверстий цилиндра, а отверстия другой секции совпадают при этом с отводящим отверстием цилиндра.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к насосной добыче обводненной нефти и может быть использовано для предупреждения образования стойких водонефтяных эмульсий в глубинно-насосном оборудовании.

Добыча обводненной нефти сопровождается смешением нефти и воды в насосном оборудовании и образованием стойких водонефтяных эмульсий.

Известна скважинная насосная установка, отделяющая воду от более легкой жидкости (в частности, нефти) в скважине (пат. США №4746423). Установка имеет два последовательно расположенных насоса с регулируемой подачей, которые откачивают ту или иную фазу по мере перемещения межфазного уровня в стволе скважины. Установка имеет сложную и низконадежную схему осуществления раздельной откачки ввиду наличия двух насосов, датчиков и регуляторов подачи. Спуск такого оборудования в скважину сопряжен со сложностью пропуска кабеля нижнего насоса через зазор корпуса верхнего. В процессе работы датчики будут смачиваться той или иной жидкостью и терять контроль за перемещением межфазного уровня.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для последовательного отбора нефти и воды из скважины, включающее переключатель потока с подпружиненным запорным сферическим элементом и трубу с размещенным внутри поплавком промежуточной плотности и посадочным седлом, с помощью которых перекрывается доступ нефти или воды на прием насоса (авт. свид. №1717799, 1992).

Последовательное поступление в насосное оборудование достаточно большими чередующимися объемами позволяет избежать их смешение и образование стойких высокодисперсных эмульсий, несмотря на некоторое смешение фаз в зонах их контакта в процессе подъема в скважине.

Устройство обладает низкой надежностью переключающего органа, заключающееся в том, что в процессе работы его шаровой клапан может занимать центральное промежуточное положение, при котором на прием насоса могут поступать нефть и вода совместно.

Цель изобретения - повышение эффективности устройства путем повышения надежности переключателя потоков нефти и воды.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве переключатель потока выполнен в виде горизонтального цилиндра с входными отверстиями в начальном и конечном участках для подвода соответственно нефти и воды и центральным отверстием для отвода обеих фаз, внутри цилиндра размещен трехсекционный поршень с приемными отверстиями для жидкостей в двух крайних секциях, а средняя секция выполнена глухой, причем длина глухой секции поршня равна диаметру отводного отверстия цилиндра переключателя, а общая длина поршня выбрана такой, что при крайних левом или правом положениях отверстия одной из секций поршня совпадают с одним из подводящих отверстий цилиндра, а отверстия другой секции совпадают при этом с отводящим отверстием цилиндра.

Предлагаемое устройство показано на фиг.1. В скважину 1 на колонне насосно-компрессорных труб 2 спущен насос 3, к приему насоса закреплена труба-хвостовик, спущенная до забоя скважины. В верхней части хвостовика размещен переключатель потока и верхний клапан (фиг.2). В нижней части - узел нижнего клапана (фиг.3). Переключатель потока выполнен в виде горизонтального цилиндра 5, в крайних частях которого выполнены отверстия 6 и 7 соответственно для нефти и воды, а в средней части - отверстие 8 для отвода обеих жидкостей. В цилиндре размещен трехсекционный поршень 9, центральная секция которого выполнена глухой, а левая и правая секции - полые с отверстиями для пропуска жидкостей. Цилиндр 5 с обеих сторон заглушен пробками 10. В корпусе переключателя расположен верхний сферический клапан 11, выполненный из материала промежуточной между водой и нефтью плотности. В нижней части хвостовика 4 размещен нижний сферический клапан 12 также промежуточной плотности. Верхний клапан при всплытии перекрывает посадочное седло 13, а нижний при утоплении - седло 14, в нижний клапан жидкость из скважины поступает через канал 15. Корпус верхнего клапана в нижней своей части перекрыт пробкой 16. В верхний клапан жидкость из скважины поступает через боковое окно 17.

Работа устройства заключается в следующем. Поступившая из пласта продукция в скважине расслаивается на нефть и воду. Если через верхнюю часть опущенного до забоя хвостовика откачивать нефтяную фазу (фиг.1), то межфазный уровень в затрубном пространстве будет подниматься, а водяной столб жидкости будет накапливаться. На фиг.1 показан случай откачки нефтяной фазы, в котором поршень переключения находится в крайнем правом положении, при котором отбор водной фазы перекрыт, а нефтяной открыт. Сферический клапан 11 при этом находится в утопленном положении в силу того, что плотность его материала превышает плотность нефти. Поэтому посадочное седло 13 не перекрыто клапаном 11 и нефтяная фаза через боковое окно 17, подводящее 6 и отводящее 8 отверстия поступает на прием насоса.

В это же время нижний клапан 12 в силу меньшей плотности в сравнении с водой находится во всплывшем состоянии и посадочное седло 14 не перекрыто.

По мере откачки нефтяной фазы межфазный уровень будет подниматься и подойдет к уровню верхнего клапана. Клапан 11, оказавшись в водной фазе, всплывет и перекроет посадочное седло 13, закрыв тем самым доступ жидкости на прием насоса. При этом начнет возрастать перепад давления, действующий на поршень 9 с правой стороны, то есть через водный канал 15 и входное отверстие 7. Этот перепад давления заставляет поршень 9 переместиться в крайнее левое положение, при котором отверстия правой секции поршня совпадут с выходным отверстием 8. После этого начнется процесс откачки водной фазы из скважины, и межфазный уровень в ее стволе будет снижаться по мере накопления нефти, а клапан 11 вновь опустится вниз. Выполнение длины средней секции поршня 9, равной диаметру выходного отверстия 8, позволяет избежать нейтрального положения поршня, при котором будут частично открыты входные отверстия 6 и 7.

Откачка водной фазы из скважины постепенно приведет к тому, что межфазный уровень подойдет к нижнему клапану 12, оказавшись в нефтяной фазе, клапан 12 в силу большей плотности утонет и перекроет посадочное седло 14, закрыв тем самым доступ жидкости к приему насоса.

Образовавшийся перепад давления заставляет поршень 9 перемещаться в крайнее правое положение и открыть доступ нефти на прием насоса через отверстия 6 и 8, начнется новый цикл откачки нефти и т.д.

Достаточно большой объем жидкости в пространстве между хвостовиком 4 и обсадной колонной скважины 1 обеспечивает большие длины чередующихся пробок нефти и воды в насосном подъемнике. За счет этого большая часть объема пластовой жидкости будет откачиваться без смешения и образования стойких эмульсий.

Использование предлагаемого изобретения позволит исключить образование стойких водонефтяных эмульсий в глубинно-насосном оборудовании и таким образом повысить надежность переключателя потоков нефти и воды.