Скважинная насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, и может использоваться для одновременно-раздельной добычи нефти из двух продуктивных пластов одной скважиной. Эксплуатация пластов в рамках одной скважины при значительном различии их продуктивных свойств в большинстве случаев ведется с применением технологии одновременно-раздельной эксплуатации установкой, включающей электроцентробежный (ЭЦН) и скважинный штанговый (СШН) насосы. Добыча нефти из низкопродуктивного интервала, как правило верхнего, осуществляется штанговым насосом.

Известна скважинная насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации скважины двумя погружными насосами (патент РФ №2488689, Е21В 43/14), содержащая колонну лифтовых труб, втулку с хвостовиком, штанговый погружной насос с гидравлической насадкой для добычи пластового флюида верхнего пласта, соединенный с приводной штангой, размещенной в колонне лифтовых труб, последние заключены во втулке с радиальным отверстием, сообщающимся с каналом гидравлической насадки выше пакера, и электроприводной погружной насос с входным модулем и электродвигателем для добычи нефти из нижнего пласта.

Недостатком данной насосной установки является низкая эффективность эксплуатации верхнего пласта в случае, если его низкая продуктивность обусловлена высокой вязкостью откачиваемой продукции вследствие недостаточной величины естественной пластовой температуры, не обеспечивающей эффективной подвижности нефти.

Известна установка для одновременно-раздельной эксплуатации скважин (патент РФ №2569526, Е21В 43/14, 43/08), включающая колонну лифтовых труб, втулку с хвостовиком, штанговый погружной насос с фильтром на приеме, соединенный с приводной полой штангой, размещенной в колонне лифтовых труб, заключенных в муфте с радиальным отверстием, сообщающимся с каналом выше пакера, электроприводной погружной насос с входным модулем и электродвигателем, фильтрующий элемент, который устанавливается через муфту к замковой опоре и предотвращает преждевременный чрезмерный износ и заклинивание плунжерной пары из-за попадания механических примесей на прием штангового насоса.

Недостатком известной конструкции является возможность засорения и снижения эффективности фильтрующего элемента отложениями парафинов вследствие низкоэффективного термического режима эксплуатации верхнего пласта, при котором температура пластовой жидкости оказывается ниже температуры начала отложения парафина, а также повышенная напряженность работы штангового насоса в условиях откачки высоковязкой продукции верхнего пласта.

Задачей предлагаемого технического решения является увеличение эффективности и надежности технологии одновременно-раздельной эксплуатации установкой штангового и электроцентробежного насосов за счет повышения эффективности эксплуатации верхнего пласта путем повышения его коэффициента продуктивности, а также улучшения условий эксплуатации штангового насосного оборудования. Указанное достигается обеспечением эффективного термического режима эксплуатации верхнего продуктивного пласта путем эффективного прогрева пласта и пластовой жидкости в прискважинной зоне и в межтрубном пространстве скважины до приема штангового насоса.

Поставленная задача решается тем, что скважина оборудуется насосной установкой, включающей колонну лифтовых труб, пакер для разобщения продуктивных пластов, скважинный штанговый насос с гидравлической насадкой для герметичного разделения жидкостей нижнего и верхнего пластов, соединенный с колонной насосных штанг, втулку с радиальным отверстием, сообщающую прием штангового насоса с межтрубным пространством выше пакера, в которой выполнен обводной канал и электроцентробежный насос с входным модулем и электродвигателем, при этом установка снабжена теплообменником, размещенным выше, ниже и непосредственно в интервале верхнего продуктивного пласта, при этом внешний корпус теплообменника представляет собой двухступенчатую трубу, при этом внешний диаметр труб каждой ступени превышает диаметр лифтовых труб и близок к внутреннему диаметру обсадной колонны, причем труба большего диаметра расположена ниже интервала перфорации верхнего пласта, а труба меньшего диаметра располагается непосредственно в интервале притока продуктивного пласта и выше с образованием между ней и обсадной колонной канала для свободного прохода жидкости из верхнего пласта к приему штангового насоса через радиальное отверстие. Внутри теплообменника соосно с внешним корпусом размещена цилиндрическая вставка из материала, характеризующегося низкой теплопроводностью и теплоемкостью, соединенная с внешним корпусом теплообменника при помощи кронштейнов проточного типа.

Оборудование скважины теплообменником в интервале напротив верхнего продуктивного пласта позволит обеспечить эффективный прогрев пласта и пластового флюида за счет улучшения условий теплопередачи в скважине и распространения в пласт радиального теплового потока, обусловленного естественной тепловой энергией флюида нижнего пласта и тепла, производимого штанговым и электроцентробежным насосами.

На фигуре 1 представлена технологическая схема ОРЭ, на фиг. 2 - Вид А, устройство теплообменника и механизм распространения тепловой энергии в продуктивный пласт, на фиг. 3 разрез А теплообменника, на фиг. 4 разрез Б теплообменника.

Скважинная насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов (фиг. 1-4) содержит колонну 1 лифтовых (насосно-компрессорных) труб, втулку 2, пакер 3 для разобщения продуктивных пластов 4 и 5, скважинный штанговый насос 6 с гидравлической насадкой 7 для откачки продукции из межтрубного пространства 8, сообщающегося с верхним продуктивным пластом 4, соединенный с колонной насосных штанг 9, втулка 2 содержит радиальное отверстие 10, сообщающее прием 11 штангового насоса с межтрубным пространством 8, электроцентробежный насос 12 с входным модулем для откачки продукта из нижнего пласта 5, электродвигатель 13 и теплообменник 14. Во втулке 2 выполнен обводной канал 15, сообщающий объем ниже гидравлической насадки 7 с объемом над штанговым насосом 6 через полость между цилиндром 16 штангового насоса 6 и втулкой 2. Теплообменник включает в себя двухступенчатую трубу 17, внешний диаметр трубы в каждой ступени превышает диаметр колонны 1 лифтовых труб и близок к внутреннему диаметру обсадной колонны 18. Труба большего диаметра расположена ниже интервала перфорации флюида верхнего пласта, а труба меньшего диаметра располагается непосредственно в интервале притока продуктивного пласта и выше так, чтобы между ней и обсадной колонной создался канал для свободного прохода жидкости из верхнего пласта к приему штангового насоса через радиальное отверстие 10. Уменьшение диаметра трубы в интервале притока верхнего пласта обусловлено наличием гидравлического сопротивления в межтрубном пространстве скважины при движении жидкости верхнего пласта, накладывающим ограничение на внешний диаметр корпуса теплообменника. Внутри теплообменника соосно со ступенчатой трубой размещена вставка 19 цилиндрической формы со сферическими основаниями, для уменьшения гидродинамического сопротивления, из материала, характеризующегося низкой теплопроводностью и теплоемкостью, служащая для обеспечения высокой скорости потока внутри теплообменника и как следствие, повышения эффективности теплообмена, соединенная с корпусом теплообменника посредством кронштейнов 20 проточного типа.

Скважинная насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации работает следующим образом.

В стволе скважины в интервале между верхним 4 и нижним 5 пластами на заданной глубине устанавливают пакер 3. Насосную установку в сборе вместе с электроцентробежным насосом 12 и электродвигателем 13 спускают на колонне 1 лифтовых труб. Затем в колонну 1 лифтовых труб спускают колонну 9 насосных штанг со скважинным штанговым насосом 6. Установка снабжена втулкой 2 с радиальным отверстием 10, сообщающим прием штангового насоса 11 с межтрубным пространством 8 выше пакера 3, при этом штанговый насос оборудуется гидравлической насадкой 7, герметично разделяющей перекачиваемые жидкости. Одновременно или раздельно либо поочередно запускают в работу штанговый насос 6 возвратно-поступательным движением колонны 9 насосных штанг наземным приводом и электроцентробежный насос 12 подачей электропитания к электродвигателю 13 (не показано). Продукция нижнего пласта 5, нагнетаемая электроцентробежным насосом 12, поступает в теплообменник 14, поднимается в кольцевой полости теплообменника между цилиндрической вставкой 19 со сферическими основаниями и внешним корпусом 17 теплообменника, представляющим собой двухступенчатую трубу, попутно передавая тепловую энергию верхнему пласту 4 и пластовому флюиду, движущемуся к приему штангового насоса 11 в межтрубном пространстве 8 между обсадной колонной 18 и двухступенчатой трубой (внешним корпусом теплообменника) 17. Далее продукция нижнего пласта 5, поднимаясь внутри лифтовых труб 1, поступает в обводной канал 15, выше которого смешивается с продукцией верхнего пласта 4 и движется к устью скважины (не показано). Продукция верхнего пласта 4 поступает в ствол скважины в пространство между обсадной колонной 18 и внешним корпусом 17 теплообменника 14, поднимается в межтрубном пространстве 8 выше пакера 3, через радиальное отверстие 10 во втулке 2 поступает на прием 11 скважинного штангового насоса 6, приводимого в движение посредством колонны 9 насосных штанг наземным приводом, и далее смешивается с продукцией нижнего пласта 5 и поднимается на устье скважины.

Рассмотренная схема ОРЭ содержит источник естественного прогрева верхнего продуктивного пласта, связанный с тепловой энергией жидкости нижнего пласта и тепла, производимого штанговым и электроцентробежным насосами. Однако эффективный прогрев продуктивного пласта при его стационарной работе с установившимся дебитом значительно осложнен потерями тепла при распространении тепловой энергии радиально вглубь пласта, обусловленным наличием прослойки жидкости в кольцевом межтрубном пространстве скважины, обладающей относительно невысоким коэффициентом теплопроводности и характеризующейся значительной толщиной. Поскольку в интервале размещения теплообменника жидкость нижнего продуктивного пласта движется близко к стенке скважины и верхнему продуктивному пласту, площадь теплового контакта увеличивается и эффективность теплового прогрева верхнего пласта возрастает. Обеспечение эффективных условий теплообмена достигается также высокой скоростью потока газожидкостной смеси в теплообменнике за счет размещения внутри теплообменника цилиндрической вставки 19, соосной с внешним корпусом 17 теплообменника, выполненным в форме двухступенчатой трубы. Материал внутренней вставки характеризуется низкой теплопроводностью и теплоемкостью, создавая условия для распространения теплового потока со стороны разогретой жидкости в теплообменнике радиально во внешнюю область, в направлении верхнего продуктивного пласта.

Таким образом, положительный эффект достигается обеспечением эффективного термического режима эксплуатации верхнего продуктивного пласта путем прогрева пласта и пластовой жидкости в прискважинной зоне и в межтрубном пространстве скважины. Скважинная насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации позволит повысить коэффициент извлечения нефти и продуктивность эксплуатируемого штанговым насосом объекта и повысить дебит скважины за счет снижения вязкости нефти верхнего продуктивного пласта. Кроме того, снижение вязкости пластовой жидкости позволит улучшить условия работы насосного оборудования и увеличить межремонтный период работы скважины.