Патент на изобретение №2290505

(54) СКВАЖИННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕФТИ И ВОДЫ

(57) Реферат:

Предлагаемое изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение в системе поддержания пластового давления при межскважинной перекачке воды для отделения структурно-капельной нефти от добываемой продукции водозаборной скважины, перешедшей из категории бывшей нефтедобывающей из-за обводнения продуктивного пласта. Обеспечивает отделение малых объемов нефти от больших объемов воды. Сущность изобретения: установка для разделения нефти и воды включает разделительную камеру со статическим сепаратором и выпускные отверстия для нефти и воды. В качестве разделительной камеры используют нижнюю часть скважины, ограниченную обсадной колонной и разделительной манжетой, которая установлена на хвостовике, прикрепленном к погружному электродвигателю электроцентробежного насоса, подвешенного в скважине на колонне насосно-компрессорных труб. Хвостовик в нижней части под разделительной манжетой снабжен ограничителем, а в верхней части над разделительной манжетой – выпускным отверстием для воды. В качестве выпускного отверстия для нефти использована отводящая трубка с окнами и патрубком для сообщения пространства под разделительной манжетой и пространства выше приема электроцентробежного насоса. На хвостовике ниже разделительной манжеты размещен кожух в виде стакана с возможностью вертикального перемещения вдоль хвостовика. Кожух имеет направляющие, выполненные в виде муфт с возможностью контактирования с ограничителем хвостовика и с внутренней поверхностью стенки обсадной колонны при помощи его наружных подпружиненных сухариков. Статический сепаратор выполнен из внешней и внутренней концентрично расположенных труб, закрытых снизу, с кольцевым пространством между ними, разделенным перегородками с горизонтальными отверстиями на сектора. Внешняя труба закрыта сверху, в верхней части в секторах снабжена отверстиями для поступления отделившейся нефти в подманжетную зону и по всей длине имеет радиальные отверстия для входа жидкости в половину секторов через один. Внутренняя труба, являющаяся продолжением хвостовика, по всей длине в оставшихся секторах имеет радиальные отверстия для поступления воды в нее и далее в хвостовик, при этом суммарная площадь входных, а также выходных отверстий не менее площади поперечного сечения эксплуатационной колонны скважины. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение в системе поддержания пластового давления при межскважинной перекачке воды для отделения структурно-капельной нефти от добываемой продукции водозаборной скважины, перешедшей из категории бывшей нефтедобывающей из-за обводнения продуктивного пласта.

Известен скважинный песочный сепаратор, включающий корпус, состоящий из секций, размещенных одна над другой, переводники, соединяющие секции, канал для подачи жидкости в сепаратор, трубки для нисходящего потока и ловильные камеры. В сепараторе секции подключены последовательно. Переводники выполнены с продольными каналами для восходящего потока и поперечными каналами. Эти каналы в нижнем двустороннем переводнике сообщены с межтрубным пространством между обсадной колонной скважины и корпусом сепаратора, а в промежуточных переводниках – с продольными каналами ниже расположенного переводника. В ловильных камерах сечение межтрубного пространства для восходящего потока выполнено большим, чем сечение трубок для нисходящего потока (Патент РФ № 2191261, кл. Е 21 В 43/38, опубл. 2002.10.20).

Известный сепаратор обеспечивает повышение надежности работы и срока службы скважинного насоса за счет отделения песка. Однако сепаратор не обеспечивает качественного отделения нефти от воды.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности является установка для разделения нефти и воды, включающая разделительную камеру, в которой расположен статический сепаратор для отделения воды от нефти, имеющий впускное отверстие для приема скважинного флюида из впускного участка скважины под разделительной камерой, выпускное отверстие для обогащенного нефтью компонента, открывающееся в участок скважины над разделительной камерой, и выпускное отверстие для обогащенного водой компонента, открывающееся в спускной участок скважины под разделительной камерой, причем высота разделительной камеры больше толщины прослоя дисперсии, который образуется в ней при нормальных эксплуатационных условиях (Заявка на изобретение РФ № 2003103440/03, кл. Е 21 В 43/38, опубл. 2004.07.20 – прототип).

Известное устройство обеспечивает разделение нефти и воды при достаточно больших соотношениях нефти и воды в составе пластового флюида и не обеспечивает отделение малых объемов нефти от больших объемов воды.

В предложенном изобретении решается задача отделения малых объемов нефти от больших объемов воды.

Задача решается тем, что в скважинной установке для разделения нефти и воды, включающей разделительную камеру со статическим сепаратором и выпускные отверстия для нефти и воды, согласно изобретению, в качестве разделительной камеры использована нижняя часть скважины, ограниченная обсадной колонной и разделительной манжетой, которая установлена на хвостовике, прикрепленном к погружному электродвигателю электроцентробежного насоса, подвешенного в скважине на колонне насосно-компрессорных труб, хвостовик в нижней части под разделительной манжетой снабжен ограничителем, а в верхней части над разделительной манжетой – выпускным отверстием для воды, при этом в качестве выпускного отверстия для нефти использована отводящая трубка с окнами и патрубками для сообщения пространства под разделительной манжетой и пространства выше приема электроцентробежного насоса, на хвостовике ниже разделительной манжеты размещен кожух в виде стакана с возможностью вертикального перемещения вдоль хвостовика, кожух имеет направляющие, выполненные в виде муфт с возможностью контактирования с ограничителем хвостовика и с внутренней поверхностью стенки обсадной колонны при помощи его наружных подпружиненных сухариков, а статический сепаратор выполнен из внешней и внутренней концентрично расположенных труб, закрытых снизу, с кольцевым пространством между ними, разделенным перегородками с горизонтальными отверстиями на сектора, внешняя труба закрыта сверху, в верхней части в секторах снабжена отверстиями для поступления отделившейся нефти в подманжетную зону и по всей длине имеет радиальные отверстия для входа жидкости в половину секторов через один, а внутренняя труба, являющаяся продолжением хвостовика, по всей длине в оставшихся секторах имеет радиальные отверстия для поступления воды в нее и далее в хвостовик, при этом суммарная площадь входных, а также выходных отверстий, не менее площади поперечного сечения эксплуатационной колонны скважины.

На фиг.1 представлена заявленная скважинная установка для разделения нефти и воды; на фиг.2 – поперечный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 – расположение манжеты в кожухе при спуске сепаратора в скважину.

Скважинная установка для разделения нефти и воды содержит хвостовик 1 с разделительной манжетой 2 и ограничителем 3, подсоединенный к нижней части погружного электродвигателя 4 электроцентробежного насоса 5 со сливным-обратным клапаном 6, установленным на колонне насосно-компрессорных труб 7. Выше разделительной манжеты 2 хвостовик 1 имеет канал 8, сообщающий его внутреннюю полость с приемом электроцентробежного насоса 5. Манжета 2 с наружной стороны снабжена кожухом 9 с направляющей 10, имеющим возможность вертикально перемещаться по хвостовику 1 до ограничителя 3. Хвостовик 1 в нижней части жестко соединен с делительной камерой 11, выполненной из двух концентрично расположенных труб 12 и 14 и разделенной на отдельные сектора C₁, C₂, С₃, С₄, C₅, С₆. Внешняя труба 12 делительной камеры 11 по всей длине имеет радиальные отверстия 13 для входа жидкости в сектора C₁, C₃ и С₅. Внутренняя труба 14, являющаяся продолжением хвостовика 1, по всей длине в секторах C₂, C₄ и С₆ имеет радиальные отверстия 15 для выхода воды, а также перегородки 16 с горизонтальными отверстиями 17, разделяющие делительную камеру 11 на сектора C₁, C₂, С₃, C₄, C₅, С₆. Как внешняя труба 12, так и внутренняя труба 14 снизу закрыты. Внешняя труба 12 в верхней части в секторах C₂, C₄ и С₆ снабжена отверстиями 18 для поступления отделившейся нефти в подманжетную зону. Длина делительной камеры 11 выбирается исходя из производительности насоса таким образом, чтобы количество и диаметр отверстий 13, 15 и 17 без гидравлических потерь обеспечивали расход жидкости через них. Для этого суммарная площадь каждой из перечисленных групп отверстий должна быть не менее площади поперечного сечения эксплуатационной колонны. Во внутренней полости хвостовик 1 имеет отводящую трубку 19 с окнами 20 для перепуска накопленной под манжетой 2 нефти выше приема электроцентробежного насоса 5 через патрубок 21. Собранное внутрискважинное оборудование спускают в эксплуатационную колонну скважины 22, межтрубное пространство которой на устье обвязано нефтепроводом, а выкидная линия соединена с водопроводом (на фиг. не показаны). Направляющая 10 кожуха 9 с помощью срезного штифта 23 зафиксирована на хвостовике 1 (см. фиг.3). На кожухе 9 размещены боковые подпружиненные сухарики 24, установленные направлением зубьев вверх и контактирующие с внутренней поверхностью стенки эксплуатационной колонны скважины 22.

Скважинная установка для разделения нефти и воды работает следующим образом.

При спуске в эксплуатационную колонну скважины 22 электроцентробежного насоса 5 в компоновке со скважинным сепаратором разделительная манжета 2 находится в кожухе 9 (фиг.3). При достижении необходимой глубины спуска колонну насосно-компрессорных труб 7 приподнимают на длину одной трубы. При этом за счет контакта боковых подпружиненных сухариков 24 с внутренней поверхностью обсадной колонны 22, кожух 9, срезая штифт 23, перемещается вниз до ограничителя 3 и освобождает эластичную разделительную манжету 2, которая в раскрытом состоянии перекрывает кольцевое пространство эксплутационной колонны 22 ниже погружного электродвигателя 4. При этом разделительная манжета 2 не испытывает нагрузки от перепада давления, поскольку над и под ней давление практически одинаково.

В процессе работы электроцентробежного насоса 5 восходящий поток воды с нефтяными каплями в кольцевом пространстве, образованном между делительной камерой 11 и эксплуатационной колонной 22, распределяясь равномерно по высоте делительной камеры 11 с незначительным долевым расходом, поступает через радиальные отверстия 13 внешней трубы 12 в кольцевую зону секторов C₁, C₃ и C₅, где за счет увеличения живого сечения потока в каждой горизонтальной плоскости секторов поток резко снижет скорость и изменяет направление движения на 90° напротив отверстий 17 перегородки 16. При этом происходит отделение капель от потока за счет гравитационной силы, обеспечивающей всплытие нефтяных капель и накопление их в верхней части секторов C₁, C₃ и C₅, и поступление через отверстия 18 в под манжетную зону. Поток воды, отделившейся от нефтяных капель, поступает в секторы C₂, С₄ и С₆, где через радиальные отверстия 15 поступает во внутреннюю трубу 14 и далее в хвостовик 1. Очищенная от нефти добываемая вода через канал 8 попадает на прием насоса 5, а нефть с газом через окна 20 отводящей трубки 19 и патрубок 21 отводится выше приема насоса и далее накапливается в межтрубном пространстве скважины. В процессе эксплуатации добываемая вода из скважины-донора (водозаборной) по выкидной и водопроводной линии закачивается в нагнетательные скважины. При этом одновременно происходит процесс накопления нефти в межтрубном пространстве скважины и постепенного приближения водонефтяного раздела к приему насоса 5.

При заполнении межтрубного пространства скважины от динамического уровня жидкости до сливного-обратного клапана 6 насос отключают. Время заполнения межтрубного пространства нефтью рассчитывают или определяют опытным путем. При этом сливной-обратный клапан 6 открывается (используется известное скважинное клапанное устройство по патенту РФ № 2150575) и трубное пространство сообщается с межтрубным. Далее открывают секущую задвижку на нефтепроводе и вытесняют нефть из межтрубного пространства в нефтепровод обратным потоком воды из водопровода по насосно-компрессорным трубам 7, либо за счет излива воды из нагнетательных скважин (давление в водопроводе обычно на порядок выше, чем в нефтепроводе), либо путем прямой промывки при помощи насосного агрегата. Если нагнетательные скважины-акцепторы данной скважины-донора имеют неиспользуемые водопроводы от кустовой насосной скважины, их также можно использовать для создания обратного потока воды в скважину-донор. По отобранным пробам в нефтепроводе определяют окончание процесса вытеснения нефти, после чего запускают установку скважины-донора и закрывают секущую задвижку на нефтепроводе.

Предлагаемая скважинная установка для разделения нефти и воды обеспечивает разделение капельной нефти и воды практически при любом количестве добываемой жидкости из водозаборных скважин за счет возможности использования разделительной камеры без ограничения длины.

Реализация скважинной установки для разделения нефти и воды с периодической откачкой накопленной нефти из затрубного пространства скважин-доноров с использованием предлагаемой скважинной установки позволяет сохранить приемистость нагнетательных скважин за счет очистки закачиваемой воды от нефтепродуктов и добыть дополнительный объем нефти из водозаборных скважин.

Формула изобретения

Скважинная установка для разделения нефти и воды, включающая разделительную камеру со статическим сепаратором и выпускные отверстия для нефти и воды, отличающаяся тем, что в качестве разделительной камеры использована нижняя часть скважины, ограниченная обсадной колонной и разделительной манжетой, которая установлена на хвостовике, прикрепленном к погружному электродвигателю электроцентробежного насоса, подвешенного в скважине на колонне насосно-компрессорных труб, хвостовик в нижней части под разделительной манжетой снабжен ограничителем, а в верхней части над разделительной манжетой – выпускным отверстием для воды, при этом в качестве выпускного отверстия для нефти использована отводящая трубка с окнами и патрубком для сообщения пространства под разделительной манжетой и пространства выше приема электроцентробежного насоса, на хвостовике ниже разделительной манжеты размещен кожух в виде стакана с возможностью вертикального перемещения вдоль хвостовика, кожух имеет направляющие, выполненные в виде муфт с возможностью контактирования с ограничителем хвостовика и с внутренней поверхностью стенки обсадной колонны при помощи его наружных подпружиненных сухариков, а статический сепаратор выполнен из внешней и внутренней концентрично расположенных труб, закрытых снизу, с кольцевым пространством между ними, разделенным перегородками с горизонтальными отверстиями на сектора, внешняя труба закрыта сверху, в верхней части в секторах снабжена отверстиями для поступления отделившейся нефти в подманжетную зону и по всей длине имеет радиальные отверстия для входа жидкости в половину секторов через один, внутренняя труба, являющаяся продолжением хвостовика, по всей длине в оставшихся секторах имеет радиальные отверстия для поступления воды в нее и далее в хвостовик, при этом суммарная площадь входных, а также выходных отверстий не менее площади поперечного сечения эксплуатационной колонны скважины.

РИСУНКИ