установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки воды в пласт

Формула изобретения

Установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки воды в пласт, включающая центробежный насос с погружным электродвигателем, дополнительную нижнюю секцию насоса с приводом от погружного двигателя, гидрозащиты двигателя, пакер, разобщающий продуктивный и водопоглощающий пласты, патрубок, сообщающий нижнюю секцию насоса с подпакерным пространством и имеющий на нижнем конце плунжер, герметично входящий в цилиндр, установленный в пакере, отличающаяся тем, что, с целью предупреждения попадания нефтяной фазы в закачиваемую в нижележащий водопоглощающий пласт воду, прием дополнительной секции насоса, расположенной в его верхней части, сообщен плоской трубой со скважинным пространством ниже продуктивного пласта, а лопатки рабочих колес нижней секции насоса выполнены для противоположного направления вращения, причем рабочие колеса размещены на валу нижней секции насоса в перевернутом положении, а в случае расположения водного пропластка продуктивного пласта над нефтяным в нижней части патрубка установлена глухая перегородка, выше которой выполнено отверстие для поступления воды из скважины в патрубок, а ниже выполнено отверстие для поступления воды в подпакерное пространство из верхней части дополнительной секции насоса через плоскую трубу, причем в приемной части дополнительной секции насоса установлен центробежный сепаратор для отделения нефти и вывода ее через боковое отверстие в корпусе насоса в скважину.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для одновременно раздельной добычи нефти и закачки воды в обводненных скважинах, оборудованных установками электроцентробежных насосов.

Известно, что для добычи нефти из обводненного пласта и закачки отделившейся в стволе скважины попутно-добываемой воды в нижележащий поглощающий горизонт применяются установки винтовых /1/ и штанговых /2/ насосов. Установки представляют собой сдвоенные насосы, верхние из которых откачивают нефть с небольшим количеством воды на поверхность, а нижние откачивают расслоившуюся в стволе скважины воду в подпакерную зону и далее в поглощающий пласт через патрубок, проходящий через пакер. Приемные отверстия в насосных установках для нефти расположены выше приемных отверстий для воды. Для устранения нагрузок на пакер, приводящих к его разгерметизации в период эксплуатации, а также защиты корпусов насосов от осевых нагрузок при посадке пакера известно применение скользящего разъема в верхней части патрубка, проходящего через пакер /3/.

Устройства обладают недостатком, который заключается в том, что для обеспечения раздельного отбора нефти и воды насос спускают непосредственно в зону продуктивного пласта, т.к. расстояние между приемными отверстиями нефти и воды в насосе небольшие. Спуск насосов в зону продуктивного пласта осуществляется с целью обеспечения движения водной фазы вниз после выхода продукции в ствол скважины, а нефтяной вверх. Небольшие расстояния между приемными отверстиями не позволяют обеспечить достаточно полное разделение фаз.

Другой причиной, приводящей к ухудшению расслоения нефти и воды в скважине может явиться неблагоприятное расположение водных и нефтяных пропластков в разрезе продуктивного горизонта, а именно верхнее расположение водного и нижнее расположение нефтяного пропластков. В продуктивной зоне скважины возникает противоток жидкостей, при котором возможен унос части воды восходящим потоком нефти или унос части нефти нисходящим потоком воды. Попадание некоторого количества нефти в водоносный горизонт является недопустимым.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство для одновременно раздельной добычи нефти и закачки отделившейся воды в скважинах, оборудованных установками электроцентробежных насосов /4/. Оно включает расположенную на одном валу с основным насосом дополнительную нижнюю секцию насоса, в которую поступает пластовая вода через радиальные каналы в корпусе. Далее эта вода нагнетается рабочими ступенями нижней секции в подпакерную зону скважины из выкида последней ступени через концентрическую полость, образованную внутренним и внешним корпусами, наклонные радиальные каналы и патрубок, проходящий через пакер.

Устройство также обладает недостатком, заключающимся в близком расположении приемных отверстий для воды и нефти в насосе. Для того чтобы прием для воды располагался ниже продуктивного пласта, электроцентробежный насос необходимо спускать ниже продуктивного пласта, что практически осуществить сложно, а в ряде случаев, невозможно.

Целью предлагаемого изобретения является предупреждение попадания нефтяной фазы в закачиваемую в нижележащий водопоглощающий пласт воду.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем центробежный насос с погружным электродвигателем, дополнительную нижнюю секцию насоса с приводом от погружного двигателя, гидрозащиты двигателя, пакер, разобщающий продуктивный и водопоглощающий пласты, патрубок, сообщающий нижнюю секцию насоса с подпакерным пространством и имеющий на нижнем конце плунжер, герметично входящий в цилиндр, установленный в пакере, прием дополнительной секции насоса, расположенной в его верхней части, сообщен плоской трубой со скважинным пространством ниже продуктивного пласта, а лопатки рабочих колес нижней секции насоса выполнены для противоположного направления вращения, причем рабочие колеса размещены на валу нижней секции насоса в перевернутом положении, а в случае расположения водного пропластка продуктивного пласта над нефтяным, в нижней части патрубка установлена глухая перегородка, выше которой выполнено отверстие для поступления воды из скважины в патрубок, а ниже выполнено отверстие для поступления воды в подпакерное пространство из верхней части дополнительной секции насоса через плоскую трубу, причем в приемной части дополнительной секции насоса установлен центробежный сепаратор для отделения нефти и вывода ее через боковое отверстие в корпусе насоса в скважину.

На фиг.1-4 показаны схемы предлагаемого устройства. На фиг.1 и 3 показано устройство, используемое при при полном разделении нефти и воды в скважинном пространстве. На фиг.2 и 4 показано устройство, используемое при неполном разделении фаз.

В скважину 1 на колонне насосно-компрессорных труб 2 спущена установка, состоящая из основного электроцентробежного насоса 3, приемного модуля 4, гидрозащит 5 и 6, погружного электродвигателя 7, дополнительной секции 8, насоса на валу 9 которого расположены перевернутые рабочие колеса 10 с лопатками противоположного направления вращения. Верхняя часть дополнительной секции сообщена с плоской трубой 11 открытый нижний конец которой расположен ниже продуктивного пласта 12. Нижняя часть дополнительной секции насоса соединена с патрубком 13, имеющим на нижнем конце проходной плунжер 14, герметично входящий в цилиндр 15, проходящий через пакер 16. Пакер 16 расположен над водопоглощающим пластом 17.

При неполном расслоении нефти и воды в скважине (фиг.2 и 4) патрубок 13 имеет в нижней части глухую перегородку с отверстиями по обе стороны 19 и 20 соответственно для поступления воды из скважины в патрубок 13 и нагнетания воды в подпакерное пространство. Рабочие колеса 21 выполнены одинакового исполнения с рабочими колесами основного насоса 3. На приеме дополнительной секции насоса 8 установлен центробежный сепаратор 22 с выходным отверстием для нефтяной фазы.

Работа установки состоит в следующем.

В скважину 1 спускают пакер 16 с расположенным в нем цилиндром 15. Далее в скважину спускают установку электроцентробежного насоса вместе с патрубком 13, который войдя в цилиндр 15 своим проходным плунжером 14 разобщает надпакерное пространство скважины от подпакерного. Такая операция позволяет снимать осевые нагрузки с корпуса установки при посадке пакера, а так же вибрационные нагрузки на пакер от работающей установки. После запуска установки в работу обводненная продукция пласта 12, поступая в скважину расслаивается на нефть и воду в силу разности их плотностей. Водная фаза в силу большей плотности занимает нижнюю часть забойного участка ствола скважины, а нефтяная фаза, выходя из пласта распадается на капли и всплывает вверх к приемному модулю 4, поступает в основной насос вместе с небольшим количеством воды и откачивается на поверхность.

Основной объем воды, выходя из пласта движется вниз и поступает в открытый прием плоской трубы 11. Далее водная фаза через трубу 11 поступает в верхнюю часть дополнительной секции 8 насоса и рабочими ступенями 10 откачивается через патрубок 13 вниз в подпакерное пространство и далее в пласт 17. Выполнение лопаток рабочих колес 10 с обратным направлением по отношению к рабочим колесам основного насоса 3 позволяет им развивать напор при одном и том же направлении вращения вала 9 и дополнительной секции. Для предупреждения попадания жидкости в погружной электродвигатель с обоих его сторон установлены гидрозащиты 5 и 6.

Во избежание попадания нефти к открытому приему плоской трубы 11 и далее в пласт 17 производительность дополнительной секции 8 насоса должна быть меньше количества поступающей в скважину воды. В таком случае в приемный модуль 4 будет вместе с нефтью поступать небольшое количество остаточного объема воды и уровень раздела «нефть-вода » установится непосредственно у приемного модуля 4.

Расположение приемов установки для нефти и воды на значительном расстоянии друг от друга и по обе стороны продуктивного пласта позволяет достигать расслоение пластовых жидкостей и их раздельный отбор.

Полное разделение нефти и воды будет происходить при верхнем расположении нефтяного пропластка в продуктивном пласте 12. В тех случаях, когда нефтяной пропласток в продуктивном пласте располагается ниже водного в интервале перфорации пласта 12 будет иметь место встречное движение нефти и воды. При высоких скоростях движения фаз может произойти унос нефтяной фазы водной или водной фазы нефтяной. Произойдет так называемое «захлебывание» потока дрейфа при встречном движении фаз. В таблице приведены предельные значения дебитов нефти и воды в интервале перфорации, при которых может произойти «захлебывание» потоков, полученные для ряда нефтяных месторождений Урало-Поволжья.

Qн, м3/сут	29,8	19,6	13,2	7,59	5,26	1,85	0
Qв, м3/сут	0	14,8	28,3	34,3	52,1	71,0	108,0

Таблица показывает, что в столбе неподвижной нефти предельный дебит движущейся вниз воды составляет 108 м³/сут. И, напротив, предельное значение дебита всплывающей нефти в неподвижном столбе воды составляет 29,8 м³/сут. В таблице также приведены промежуточные значения предельных дебитов движущихся навстречу нефти и воды.

В условиях нарушения процесса расслоения нефти и воды в скважине водный поток, движущийся вниз, может уносить с собой некоторую часть нефтяной фазы, которая попадает в водоносный пласт 17. В этих случаях применяется схема, показанная на фиг.2 и 4. Движущаяся вниз водная фаза с небольшим количеством нефти поступает в приемное отверстие 19 и по патрубку 13 входит на прием дополнительной секции 8. Пройдя через центробежный сепаратор 22 и освобожденная от нефти вода рабочими колесами 21 будет нагнетаться в плоскую трубу 11 и через отверстие 20 попадать в подпакерное пространство. Нефтяная фаза, отделившаяся в сепараторе 22 через отверстие 23 будет выводиться в ствол скважины. В данном случае направление лопаток рабочих колес 21 и расположение колес на 9 аналогичны колесам основного насоса 3.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого устройства является надежность утилизации основного объема попутно-добываемой воды в скважине за счет предупреждения попадания нефтяной фазы в эту воду.

Литература

1. Патент РФ № 2284410, E21B, 43/40. Скважинная насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт / Фассахов Р.Х., Бадретдинов А.Н., Валеев A.M. Заявл. 31.05.2004. Опубл. 27.09.2006. БИ № 27.

2. Патент РФ № 106677 на полезную модель. Штанговая насосная установка для добычи нефти и закачки воды в пласт / Валеев М.Д., Лищук А.Н., Гиматдинов А.А. и др. Заявл. 05.04.2010. Опубл. 20.07.2011. БИ № 20.

3. Патент РФ № 74163 на полезную модель. Скважинная насосная установка для одновременно - раздельной добычи нефти / Валеев A.M., Пальчиков А.Л., Павлов Е.Г. и др. Заявл. 06.12.2007. Опубл. 20.06.2008. БИ № 17.

4. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2010113180/03 (018521) «Установка электроцентробежного насоса для добычи нефти и закачки попутной воды в пласт», от 01.08.2011. Заявл. 05.04.2010/ Валеев М.Д., Газаров А.Г., Бадретдинов A.M., Масенкин В.А.