устройство для теплового вытеснения нефти из скважины

Формула изобретения

Устройство для теплового вытеснения нефти из скважины, включающее зацементированную до отклоненного ствола, расположенного в продуктивном пласте, обсадную колонну с перфорацией по кольцевым образующим в оконечной части и в начале наклонного участка непосредственно за зацементированным затрубным пространством, технологическую колонну, размещенную внутри обсадной колонны, и пакер, герметизирующий межтрубное пространство перед кольцевой образующей перфорации в оконечной части, отличающееся тем, что отклоненный ствол выполнен в виде наклонного, подымающегося к забою ствола, затрубное пространство обсадной колонны между кольцевыми образующими перфорации загерметизировано, а технологическая колонна сообщена со входом погружного насоса, снабжена регулятором потока и расположенным ближе к забою внутренним перепускным клапаном, пропускающим в сторону забоя, при этом снаружи регулятора потока размещен дополнительный пакер, изолирующий межтрубное пространство наклонного участка со стороны устья непосредственно перед кольцевой образующей перфорации в начале наклонного участка, причем регулятор потока выполнен в виде корпуса с верхним и нижним рядами радиальных каналов, сообщенными с технологической колонной и расположенными относительно дополнительного пакера соответственно со стороны устья и со стороны забоя, внутри корпуса регулятора потока размещен кольцевой подпружиненный шибер, перекрывающий верхние ряды радиальных каналов и выполненный с возможностью продольного перемещения и сжатия пружины под действием межтрубного избыточного давления над дополнительным пакером с одновременным открытием верхних рядов радиальных каналов и перекрытием нижних рядов радиальных каналов корпуса регулятора потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области добычи нефти с применением тепла, преимущественно из коллекторов с тяжелой, высоковязкой или битумной нефтью.

Известно устройство для разработки месторождения тяжелой нефти или битума с использованием двухустьевых горизонтальных скважин (патент РФ № 2340768, МПК 8 E21B 43/24, опубл. в бюл. № 32 от 10.12.2008 г.), включающее двухустьевые верхнюю нагнетательную и нижнюю добывающую скважины с горизонтальными участками, расположенными друг над другом, причем нагнетательная скважина на устье оборудована парогенератором, а добывающая - снабжена погружным насосом, при этом обе скважины по всей длине снабжены оптико-волоконным кабелем с термодатчиками.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, большие финансовые и материальные затраты, связанные со строительством двухустьевых скважин (стоимость строительства двухустьевой скважины в три раза дороже в сравнении с одноустьевой скважиной), кроме того, термодатчики на оптико-волоконном кабеле размещены по всей длине обоих стволов двухустьевых скважин;

- во-вторых, о прорыве теплоносителя в горизонтальный участок добывающей скважины судят по показаниям термодатчиков, на основе которых строят термограммы паровой камеры, производят их анализ, на основании которого изменяют направление фильтрации и/или режимов закачки теплоносителя и отбора продукции. Данный процесс не происходит автоматически и требует постоянного контроля за температурным режимом в паровой камере.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Способ теплового вытеснения из горизонтальной скважины» (патент RU № 2067168, E21B 43/24, опубл. в бюл. № 27 от 27.09.1996), реализуемый устройством, включающим в себя зацементированную до горизонтального ствола обсадную колонну с перфорацией по кольцевым образующим в оконечной части и в начале горизонтального участка непосредственно за зацементированным затрубным пространством, технологическую колонну, размещенную внутри обсадной колонны, и пакер, герметизирующий межтрубное пространство перед кольцевой образующей перфорации в оконечной части.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, небольшие объемы отбора высоковязкой нефти в пластах с низким пластовым давлением;

- во-вторых, низкая эффективность прогревания продуктивного пласта, связанная с тем, что при одновременной закачке теплоносителя и отборе продукции из горизонтальной скважины большая часть тепловой энергии от закачиваемого теплоносителя передается в отбираемую продукцию, поднимаемую насосом на дневную поверхность;

- в-третьих, одновременная закачка теплоносителя и отбор продукции из горизонтальной скважины приводит к перегреванию работающего в скважине насоса и к скорому выходу его из строя.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего увеличить отбор из продуктивных пластов высоковязкой нефти с низким пластовым давлением, а также повысить эффективность прогревания пласта за счет поочередной закачки теплоносителя и отбора высоковязкой нефти и увеличения площади охвата прогревом при закачке теплоносителя.

Поставленная задача решается устройством для теплового вытеснения нефти из скважины, включающим зацементированную до отклоненного ствола, расположенного в продуктивном пласте, обсадную колонну с перфорацией по кольцевым образующим в оконечной части и в начале наклонного участка непосредственно за зацементированным затрубным пространством, технологическую колонну, размещенную внутри обсадной колонны, и пакер, герметизирующий межтрубное пространство перед кольцевой образующей перфорации в оконечной части.

Новым является то, что отклоненный ствол выполнен в виде наклонного, подымающегося к забою ствола, затрубное пространство обсадной колонны между кольцевыми образующими перфорации загерметизировано, а технологическая колонна сообщена со входом погружного насоса, снабжена регулятором потока и расположенным ближе к забою внутренним перепускным клапаном, пропускающим в сторону забоя, при этом снаружи регулятора потока размещен дополнительный пакер, изолирующий межтрубное пространство наклонного участка со стороны устья непосредственно перед кольцевой образующей перфорации в начале наклонного участка, причем регулятор потока выполнен в виде корпуса с верхним и нижним рядами радиальных каналов, сообщенными с технологической колонной и расположенными относительно дополнительного пакера соответственно со стороны устья и со стороны забоя, внутри корпуса регулятора потока размещен кольцевой подпружиненный шибер, перекрывающий верхние ряды радиальных каналов и выполенный с возможностью продольного перемещения и сжатия пружины под действием межтрубного избыточного давления над дополнительным пакером с одновременным открытием верхних рядов радиальных каналов и перекрытием нижних рядов радиальных каналов корпуса регулятора потока.

На фигуре 1 изображена схема предложенного устройства для теплового вытеснения продукции из скважины.

На фигуре 2 в разрезе изображен регулятор потока.

Устройство для теплового вытеснения нефти из скважины 1 (см. фиг.1) состоит из обсадной колонны 2, спущенной в скважину 1 и зацементированной до отклоненного ствола, расположенного в продуктивном пласте 3. Отклоненный ствол выполнен в виде наклонного участка 4 подымающегося к забою 5 отклоненного ствола.

Обсадная колонна 2 по кольцевым образующим имеет перфорационные отверстия 6 в оконечной части и перфорационные отверстия 7 в начале наклонного участка 4 непосредственно за зацементированным затрубным пространством 8 обсадной колонны 2.

Затрубное пространство 8 обсадной колонны 2 между кольцевыми образующими перфорационных отверстий 6 и 7 загерметизировано любым известным способом, например, с помощью надувных пакеров 9 и 10, как показано на фигуре 1, или зацементировано.

Технологическая колонна 11, например колонна насосно-компрессорных труб (НКТ), размещена внутри обсадной колонны 2, а пакер 12 герметизирует межтрубное пространство 13 перед кольцевой образующей перфорационных отверстий 6 в оконечной части обсадной колонны 2.

Технологическая колонна 11 сообщена со входом погружного насоса 14, например электроцентробежного (ЭЦН), снабжена регулятором потока 15 и расположенным ближе к забою 5 внутренним перепускным клапаном 16, пропускающим в сторону забоя 5.

Перепускной клапан 16 может быть любой известной конструкции, например выполненный в виде подпружиненного к седлу шарика (см. фиг.1).

Снаружи регулятора потока 5 размещен дополнительный пакер 17 (см. фиг.1 и 2), изолирующий межтрубное пространство 13 наклонного участка 4 со стороны устья (на фиг.1 и 2 не показано) непосредственно перед кольцевой образующей перфорационных отверстий 7 в начале наклонного участка 4.

Регулятор потока 15 (см. фиг.2) выполнен в виде корпуса 18 с верхним 19 и 19' и нижним 20 и 20' рядами радиальных каналов, сообщенными с технологической колонной 11 и расположенными относительно дополнительного пакера 17 соответственно со стороны устья и со стороны забоя 5.

Внутри корпуса 18 регулятора потока 5 размещен кольцевой подпружиненный посредством пружины 21 шибер 22, перекрывающий верхние ряды 19 радиальных каналов и выполненный с возможностью продольного перемещения и сжатия пружины 21 под действием межтрубного избыточного давления в межтрубном пространстве 23 над дополнительным пакером 17 в обсадной колонне 2 с одновременным открытием верхних рядов 19 и 19' радиальных каналов и перекрытием нижних рядов 20 и 20' радиальных каналов корпуса 18 регулятора потока 15. Шибер 22 имеет сквозные отверстия 24, сообщающиеся в исходном положении (см. фиг.2) с нижним 20 и 20' рядами радиальных каналов корпуса 18 регулятора потока 15.

Устройство работает следующим образом.

Перед эксплуатацией устройства производят его монтаж в скважине 1, как показано на фигуре 1. Далее закачку теплоносителя (например, пара) от парогенераторной установки (ПГУ) (на фиг.1 и 2 не показано) в скважину 1 осуществляют по межтрубному пространству 23 технологической колонны 11, при этом насос 14 отключен.

Поток пара в межтрубном пространстве 23 скважины 1, достигнув регулятора потока 15 через верхний ряд отверстий 19 корпуса 18, попадает в кольцевую полость 25. Под действием избыточного давления, например 4,0 МПа, шибер 22 сдвигается слева направо, сжимая пружину 21, при этом одновременно сообщаются между собой верхние ряды 19 и 19' радиальных каналов и перекрываются нижние ряды 20 и 20' радиальных каналов шибером 22.

В результате поток пара из межтрубного пространства 23 попадает во внутреннее пространство 25 технологической колонны 11 и через перепускной клапан 16, открывающийся под действием давления потока пара (например, при давлении 3,5 МПа), поступает в оконечную часть технологической колонны 11, где через отверстия 26 и затрубное пространство 13 за пакером 12, а также перфорационные отверстия 6 обсадной колонны 2 поток пара поступает в продуктивный пласт 3 высоковязкой нефти с низким пластовым давлением. Поток пара прогревает пласт 3 сверху вниз, разогревая высоковязкую нефть и вытесняя ее через перфорационные отверстия 7 обсадной колонны 2 в затрубное пространство 13 перед пакером 12.

По прошествии расчетного времени закачку пара прекращают, избыточное давление в межтрубном пространстве 23 над дополнительным пакером 17 падает и шибер 22 возвращается в исходное положение (см. фиг.2) за счет возвратной силы пружины 21.

В результате верхние ряды 19 и 19' радиальных каналов корпуса 18 регулятора потока 15 герметично разделяются шибером 22, а сквозные отверстия 24 шибера 22 сообщают между собой нижние 20 и 20' ряды радиальных каналов корпуса 18 регулятора потока 15, при этом затрубное пространство 13 перед пакером 12 сообщается с внутренним пространством 25 технологической колонны 11.

Поток пара благодаря перепускному клапану 16 (см. фиг.1) не возвращается обратно во внутреннее пространство 25 технологической колонны 11. Включают в работу насос 14.

Разогретая высоковязкая нефть перетекает из затрубного пространства 13 перед пакером 12 через сообщающиеся между собой посредством сквозных отверстий 24 шибера 22 нижние 20 и 20' ряды радиальных каналов корпуса 18 регулятора потока 15 во внутреннее пространство 25 технологической колонны 11, откуда разогретая высоковязкая нефть поступает на прием насоса 14, при этом перепускной клапан 16 предохраняет перетекание разогретой вязкой нефти по внутреннему пространству 25 технологической колонны 11 за перепускной клапан 16, так как последний открывается только при достижении давления 3,5 МПа.

Разогретая высоковязкая нефть насосом 14 перекачивается по технологической колонне 11 на дневную поверхность. При снижении объемов отбора разогретой высоковязкой нефти насос 14 останавливают и начинают закачку теплоносителя, как описано выше. Таким образом, чередуют закачку теплоносителя (пара) и отбор разогретой высоковязкой нефти.

В предложенном устройстве осуществляется поочередная закачка теплоносителя и отбор высоковязкой нефти из скважины, имеющей наклонный участок, подымающийся к забою ствола в пределах продуктивного пласта высоковязкой нефти, поэтому теплоноситель прогревает пласт высоковязкой нефти сверху вниз, а это позволяет увеличить отбор высоковязкой нефти из пластов с низким пластовым давлением.

Кроме того, повышается эффективность прогревания продуктивного пласта, так как тепловая энергия от закачиваемого теплоносителя не передается в отбираемую продукцию, поднимаемую насосом на дневную поверхность, а также исключается перегревание работающего в скважине насоса.