компоновка скважинных фильтров для снижения обводнения нефтяных скважин

Формула изобретения

Компоновка скважинных фильтров для снижения обводнения нефтяных скважин, содержащая скважинные фильтры, установленные в нижней части колонны труб в районе продуктивного пласта, состоящие из перфорированных труб и фильтрующих элементов, отличающаяся тем, что внутри колонны труб с фильтрами проходит колонна насосно-компрессорных труб, в нижней части которой установлен погружной насос, до зоны расположения которого площадь отверстий перфорации на единицу боковой поверхности перфорированных труб по длине скважины уменьшается, а потом увеличивается, при этом в зоне расположения погружного насоса перфорация может отсутствовать, причем все перфорированные трубы фильтров имеют маркировку для правильной установки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при нефтедобыче для снижения обводнения скважин и продления срока их эксплуатации.

Известен скважинный фильтр, представляющий собой стальную трубу с отверстиями, на которую намотана профилированная проволока (Гаврилко В.М. Фильтры буровых скважин, М., «Недра», 1985, с.7 9). Основным недостатком такой конструкции является изменение межвитковых промежутков при установке фильтра в скважину, отсутствие защиты фильтрующей сетки от механических воздействий в процессе транспортировки и установки фильтра, что отрицательно сказывается на степени фильтрации.

Известен по авторскому свидетельству на изобретение № 941548 скважинный фильтр, состоящий из несущего трубчатого перфорированного каркаса и волокнистого фильтрующего покрытия, выполненного в виде отдельных пластин из проволочного нетканого материала, жестко закрепленных внахлест при помощи сварки и пайки на трубчатом каркасе фильтра против перфорационных отверстий. Основным недостатком данной конструкции является наличие сварных зон, что со временем активизирует процессы коррозии металла. Плотное прилегание фильтрующего элемента к перфорированной трубе существенно уменьшает зону фильтрации, которая ограничена площадью отверстий в трубе. Отсутствует защита фильтрующего элемента от механических воздействий в процессе транспортировки и установки фильтра.

Известна конструкция фильтра по патенту РФ № 516664, состоящего из несущего каркаса, выполненного из перфорированной трубы, и фильтрующее покрытие из проволочного нетканого материала, фильтрующее покрытие выполнено в виде трубчатого элемента и установлено на несущем каркасе в пазах опорных колец, зафиксированных переводниками. Между фильтрующим покрытием и несущим каркасом установлен дренажный слой, выполненный в виде спирали из проволоки, намотанной на несущий каркас. Эта спираль, образующая дренажный слой, может быть выполнена из пружинной проволоки. Трубчатый фильтрующий элемент изготовлен из проволочного нетканого материала, полученного путем прессования проволоки (металлорезины). Металлорезина разработана в Самарском государственном аэрокосмическом университете (ранее Куйбышевский авиационный институт) и применялась преимущественно для демпферов опор двигателей. Скважинный фильтр защищен кожухом с отверстиями.

Недостатком известной конструкции фильтра является быстрое засорение фильтрующего элемента механическими примесями. Защитный кожух с отверстиями (радиальными зазорами) не выполняет функции защиты фильтрующего элемента от засорения крупными частицами механических примесей, выполняя функцию защиты фильтра от механических повреждений в процессе транспортировки и установки. Кроме того, защитный кожух с радиальными зазорами создает повышенное сопротивление при прохождении жидкости через защитный кожух, что снижает скорость поступления жидкости к фильтрующему элементу и, соответственно, уменьшает пропускную способность скважинного фильтра.

Известны щелевые скважинные фильтры по патенту США № 4771829. Эти фильтры содержат перфорированную трубу и проволоку, намотанную по спирали с зазором между витками спирали. Проволока намотана на продольные элементы (стрингеры).

Недостатки: большой допуск на ширину щели между рядами проволоки (до 40%), что приводит к тому, что фильтр пропускает частицы на 40% крупнее заявленных. Кроме того, если при транспортировке фильтра или его спуске происходит местное увеличение зазора между рядами проволоки в несколько раз, соответственно более крупные абразивные частицы приникают с добываемым продуктом внутрь фильтра, что вызывает износ наземного оборудования: насоса и арматуры.

Известна колонна скважинных фильтров по патенту РФ 222692. Эта колонна содержит последовательно установленные между собой скважинные фильтры. Недостатком является перетекание добываемого продукта в затрубном пространстве. Этот недостаток устранен в компоновке фильтров по патенту РФ № 2260679. Колонна скважинных фильтров содержит несколько скважинных фильтров, свинченных между собой и имеющих одинаковую конструкцию и упругие соединительные кольца, установленные на них.

Известны способ и устройство для снижения обводнения нефтяных скважин по патенту РФ № 2268999. Устройство содержит в составе обсадной колонны сепаратор. Недостатками устройства являются большие габариты устройства, сложность технического обслуживания.

Известны способ и устройство для снижения обводнения нефтяных скважин по патенту РФ на изобретение № 2241733, прототип. Устройство содержит в составе обсадной колонны средство обезвоживания в виде емкости с гидрофобными элементами.

Недостатки: большие диаметральные габариты устройства, его быстрое засорение твердыми частицами и высокая стоимость.

Задачей создания изобретения является снижение обводнения скважин, продление срока их эксплуатации, а также увеличение объемов добычи нефти и снижение ее себестоимости.

Решение указанных задач достигнуто в способе снижения обводнения нефтяных скважин, включающем добычу нефти с применением скважинных фильтров, выполненных из перфорированных труб, на которых установлены фильтрующие элементы, тем, что снижают воздействие разрежения создаваемого насосом на пласт, что предотвращает локальный подъем пластовой воды в зоне установки насоса.

Решение указанных задач достигнуто в компоновке скважинных фильтров для снижения обводнения нефтяных скважин, содержащей скважинные фильтры, состоящие из перфорированных труб и фильтрующих элементов, тем, что площадь отверстий перфорации на единицу боковой поверхности каждой трубы выполнена переменной. Площадь отверстий перфорированных труб на единицу поверхности увеличивается к ее нижней части. Площадь отверстий на единицу поверхности по длине перфорированных труб увеличивается к ее верхней части. Площадь отверстий перфорированных труб на единицу поверхности по длине скважины сначала уменьшается, а потом увеличивается. Площадь отверстий перфорированных труб по длине колоны труб изменяется за счет изменения диаметра отверстий перфорации. Площадь отверстий перфорированных труб по длине колонны изменяется за счет изменения количества отверстий перфорации на погонный метр перфорированной трубы. Площадь отверстий перфорированных труб по длине колонны изменяется за счет изменения шага расположения отверстий. Все перфорированные трубы фильтров имеют маркировку для правильной установки.

Предложенные технические решения (способ и устройство) обладают новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Новизна и изобретательский уровень подтверждаются проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что для применения изобретения не требуется новых материалом и технологий, не освоенных ранее.

Сущность изобретения поясняется на чертежах (фиг.1 9), где

на фиг.1 приведена обычная схема добычи нефти в горизонтальной скважине,

на фиг.2 приведена конструкция скважинного фильтра,

на фиг.3 приведена схема первого варианта компоновки скважинных фильтров для снижения обводнения горизонтальной или наклонно направленной скважины,

на фиг.4 приведена диаграмма изменения площади отверстий перфорации для первого варианта компоновки скважинных фильтров для снижения обводнения скважины,

на фиг.5 приведена схема второго варианта компоновки скважинных фильтров для снижения обводнения горизонтальной или наклонно направленной скважины, для случая, когда погружной насос опущен ниже соединения фильтров с колонной труб,

на фиг.6 приведена диаграмма изменения площади отверстий перфорации для второго варианта компоновки скважинных фильтров для снижения обводнения скважины,

на фиг.7 приведена обычная схема добычи нефти в вертикальной скважине,

на фиг.8 приведен третий вариант компоновки скважинных фильтров для снижения обводнения вертикальной скважины,

на фиг.9 приведена диаграмма изменения площади отверстий перфорации для третьего варианта компоновки для снижения обводнения скважины.

Компоновка скважинных фильтров для снижения обводнения нефтяных скважин (фиг.1 9) содержит скважинные фильтры 1, содержащие перфорированную трубу 2, с отверстиями «Б» и фильтрующие элементы 3, которые установлены в нижней части колонны труб 4 в скважине 5, выполненной в продуктивном пласте 6. Ниже продуктивного пласта 6 может находиться водоносный пласт 7. Затрубный зазор «В» изолирован выше продуктивного пласта 6 пакером 8. Внутри колонны труб 4 проходит колонна насосно-компрессорных труб НКТ 9, в нижней части которой установлен погружной насос 10 в предпочтительной зоне установки погружного насоса «Г». При работе погружного насоса 10 создается разрежение по всей длине колонны труб 4, оно имеет максимальное значение в зоне «Г», что может вызвать локальный подъем пластовой воды в зоне установки погружного насоса 10, что, как правило, и возникает при обычной эксплуатации скважин и проиллюстрировано на фиг.1 и фиг.7. В этом случае в колонну труб 4 начинает поступать вода из водоносного пласта 7. Все скважинные фильтры 1 имеют маркировку 11 (фиг.2) для правильной установки в определенном порядке.

Для горизонтальных скважин (фиг.1, 3 и 5) и вертикальных (фиг.7, 8), чем ближе к погружному насосу 10, тем больше разрежение. В обычной компоновке колонны труб (фиг.1 и фиг.7) это способствует захвату воды из водоносного пласта 7. Для предотвращения этого явления предложены три варианта компоновки.

Первый вариант компоновки скважинных фильтров (фиг.3) выполнен с увеличением площади отверстий F перфорированных труб 2 на единицу поверхности к нижней части колонны труб 4 (фиг.4), например, за счет изменения диаметра «d» для круглых отверстий «Б». Изменение площади также возможно за счет изменения количества отверстий в сечении или шага «h». Этот же принцип может быть реализован и для некруглых отверстий. Первый вариант применим преимущественно для горизонтальных или пологих скважин с водоносным пластом 7, находящимся под продуктивным пластом 6.

Во втором варианте компоновки (фиг.5) площадь отверстий перфорации на единицу боковой поверхности перфорированных труб 2 (или на 1 погонный метр) сначала уменьшается, до зоны расположения погружного насоса «Г», а потом увеличивается, (фиг.6). В зоне расположения погружного насоса «Г» перфорация может вообще отсутствовать.

Третий вариант применим для вертикальных скважин (фиг.8). Площадь проходного сечения отверстий перфорированных труб 2 на единицу боковой поверхности перфорированной трубы 2 увеличивается к ее верхней части (фиг.9), чтобы предотвратить или уменьшить захват пластовой воды, как это показано на фиг.7.

Перфорированные трубы 2 (фиг.2) имеют диаметр D, в них с шагом h выполнены отверстия диаметром d.

Для всех трех вариантов компоновки фильтров отверстия в перфорированной трубе 2 могут быть круглой и/или некруглой формы, причем площадь отверстий перфорации на единицу длины перфорированной трубы может изменяться, например, следующими способами:

- за счет изменения площади отверстий d,

- за счет изменения количества отверстий перфорации,

- за счет изменения шага «h» их расположения.

На фиг.4, 6 и 9 приведены два варианта изменения площади отверстий перфорации: дискретное - поз.12 и плавное (пропорциональное) - поз 13.

При сборке скважинные фильтры 1 устанавливают в нижней части колонны труб 4 в районе продуктивного пласта 6 с учетом маркировки 11. При добыче нефть проходит через отверстия «Б» внутрь перфорированных труб 2 и далее погружным насосом 10 подается по колонне насосно-компрессорных труб 9 на поверхность к устьевому оборудованию (устьевое оборудование на фиг.1 9 не показано.) Вода из водоносного пласта 7 не засасывается во всех трех вариантах исполнения устройства, вследствие того, что зона установки погружного насоса «Г» находится далеко от водоносного пласта 7, или защищена от воздействия на пласт отсутствием перфорации или низкой степенью перфорации перфорированных труб 2.

Применение изобретения позволило

1. Уменьшить процентное содержание воды в добываемой нефти.

2. Обеспечить оптимизацию процесса снижения обводнения, как для вертикальных, так и для горизонтальных скважин.

3. Продлить срок эксплуатации скважины.

4. Увеличить извлечение нефти.

5. Снизить себестоимость добычи нефти.

6. Снизить затраты на строительство скважин.

7. Снизить себестоимость устройства за счет простой конструкции и уменьшения количества отверстий в части скважинных фильтров одного комплекта.

8. Обеспечить длительную эксплуатацию устройства без засорения.