Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЛАСТОВ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к одновременно-раздельной эксплуатации пластов.

Одновременно-раздельная эксплуатация может осуществляться разными способами: одновременной откачкой из нескольких разделенных пластов одним насосом или несколькими насосами, а также попеременной откачкой из нескольких разделенных пластов одним насосом.

Известно устройство для раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной, реализующее поочередную добычу из двух разделенных пластов (пат. РФ №2435023, E21B 43/14, опубл. в бюл. №33 от 27.11.2011), содержащее пакер, разделяющий два пласта и золотниковый клапан, сообщающий поочередно с насосом каждый из пластов при достижении около него максимального давления.

Недостатком устройства является необходимость частого переключения клапана из-за быстрого заполнения и достижения максимального давления около подпакерного пласта, т.к. накопление происходит за счет сжатия объема жидкости, находящейся в подпакерном пространстве.

Данным устройством реализуется способ одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, включающий спуск в скважину насоса с золотниковым механизмом и пакером, которым разделяют пласты после его установки, переключают золотниковый механизм для поочередного отбора продукции из верхнего или из нижнего пласта.

Недостатком способа, использованного в устройстве, является необходимость частого переключения клапана из-за быстрого заполнения и достижения максимального давления около подпакерного пласта, т.к. накопление происходит за счет сжатия объема жидкости, находящейся в подпакерном пространстве.

Наиболее близка по сути технического решения установка для одновременно-раздельной эксплуатации пластов (пат. РФ №2339795, E21B 43/14, опубл. в бюл. №33 от 27.11.2008). Установка содержит пакеры, разделяющие пласты, электропогружной насос с кожухом на электродвигателе и клапаны, которые сообщают пласты с входом насоса при достижении около них максимально допустимого забойного давления.

Недостатком устройства также является частое переключение клапана из-за быстрого заполнения подпакерного или межпакерного пространства. При этом накопление продукции у верхнего пласта происходит за счет изменения уровня жидкости в межтрубном пространстве, а у расположенных ниже - за счет сжатия жидкости в под- или межпакерном пространстве.

Данным устройством реализуется способ одновременно-раздельной эксплуатации пластов, включающий спуск в скважину насоса с хвостовиком и пакерами, устанавливаемыми между пластами, причем каналы хвостовика, сообщенные с входом насоса с соответствующим пластом, оснащают предварительно соответствующими электроклапанами, которые соединяют с наземным блоком управления, открывающим и закрывающим необходимые клапаны, для отбора продукции из пластов по каналам с открытыми клапанами.

Недостатком способа, реализованного в установке, также является частое переключение клапана из-за быстрого заполнения подпакерного или межпакерного пространства. При этом накопление продукции у верхнего пласта происходит за счет изменения уровня жидкости в межтрубном пространстве, а у расположенных ниже - за счет сжатия жидкости в под- или межпакерном пространстве.

Техническими задачами, решаемыми предлагаемым способом, являются увеличение объема накапливаемой в под- и межпакерном пространстве жидкости и, как следствие, уменьшение частоты срабатывания клапана и, следовательно, увеличение срока его службы и всей установки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для одновременно-раздельной эксплуатации пластов, позволяющего накапливать в под- или межпакерном пространстве значительные объемы продукции пластов, что даст возможность снизить частоту переключений клапана.

Поставленные задачи решаются способом одновременно-раздельной эксплуатации пластов, включающим разделение вскрытых перфорацией пластов в скважине пакерами и поочередную откачку из образованных полостей накопившейся продукции каждого из пластов.

Новым является то, что в подпакерную или сообщающуюся с ней полость помещают упругое вещество с высоким коэффициентом сжимаемости.

Также новым является то, что в качестве такого вещества могут использовать сжатый газ.

Технические задачи также решаются вариантами устройства для реализации способа, содержащими скважину с одним или несколькими пакерами, разделяющими ее на две или более полости, сообщенные с двумя или более продуктивными пластами, погружной насос и клапанную систему для подключения к входу насоса одного или нескольких пластов.

Новым является то, что ниже нижнего пакера установлен хвостовик, сообщенный с лифтовыми трубами, а отверстие для сообщения с насосом у межпакерной полости размещено на максимальном удалении от верхнего пакера, но не ниже кровли сообщенного с этой полостью пласта.

Новым является также то, что под нижним пакером может быть размещена емкость, заполненная газом под давлением, близким к нижнему предельному значению забойного давления у соответствующего пласта, с возможностью сжатия газа при увеличении забойного давления.

Новым является также то, что на хвостовик, сообщающий любую из полостей скважины с насосом, может быть коаксиально установлена емкость, сообщенная своей нижней частью с полостью этой трубы отверстием.

Сущность изобретения заключается в том, что в способах одновременно-раздельной эксплуатации пластов одной скважиной, предусматривающих разделение скважины на полости, сообщающиеся с соответствующими пластами, накопление в этих полостях продукции пластов и откачку этой продукции одним насосом после ее накопления. Обычно накопление производят в пределах допустимого изменения забойного давления у каждого из пластов от минимального до максимального.

Сжимаемость жидкостей очень низкая, поэтому при изменении забойного давления от минимального до максимального накапливается небольшой объем жидкости, который насос быстро откачивает, и нужно снова переключать клапан.

Сжимаемость газов выше на несколько порядков. Так, например, при объеме под- или межпакерного пространства 1 м³ при изменении забойного давления от 3 до 3,5 МПа объем накопившейся нефти за счет ее сжатия составит 0,6 л, если этот же объем заполнить газом, то объем накопления составит 143 л.

На фиг.1-3 показаны схемы вариантов устройства для реализации способа.

Устройство на фиг.1 содержит электропогружной насос 1, помещенный в кожух 2, сообщенный входом 3 с помощью каналов 4 с полостями 5, образованными верхним 6 и нижним 7 пакерами, эксплуатационной колонной 8 и хвостовиком 9. Полости 5 сообщены перфорацией 10 с продуктивными пластами - верхним 11, средним 12 и нижним 13. Каналы 4 сообщены с полостями 5 отверстиями 14 и снабжены на входе в кожух 2 управляемыми клапанами 15 и датчиками давления 16. Части объема полостей 5, находящихся под пакерами 6 и 7, до отверстий 14 заполнены газом 17.

Устройство на фиг.2 дополнительно содержит емкость 18, заполненную газом 17, с возможностью взаимодействия газа 17 с жидкостью, заполняющей полости 5 с помощью подвижного поршня 19.

Устройство на фиг.3 содержит корпус 20, заполненный газом 17, охватывающий хвостовик 9, который в нижней части корпуса 20 снабжен отверстием 21, сообщающим полость корпуса 20 с хвостовиком 9.

На отверстии установлен клапан 22, шар 23 которого прижат перепадом давления к седлу 24 снизу. Подъем продукции пластов на поверхность осуществляют по лифтовым трубам 25 (фиг.1).

Работают варианты устройства при реализации способа следующим образом.

При включении электропогружного насоса 1 (фиг.1) станция управления (на фиг. не показана) открывает один из клапанов 15, например сообщенный каналом 4 и полостью 5 через перфорацию 10 с нижним пластом 13, находящимся ниже пакера 7. Продукция нижнего пласта 13 через открытый клапан 15 поступает в кожух 2, а из него через вход 3 насоса 1 перекачивается на поверхность. По мере откачки жидкости газ 17 в подпакерной полости 5 расширяется, а забойное давление снижается. При достижении минимального значения давления датчик 16 подает сигнал на станцию управления, которая открывает клапан 15 на канале 4, сообщающемся отверстием 14 с полостью 6, образованной эксплуатационной колонной 8 и пакерами 6 и 7, сообщенной перфорацией 10 со средним пластом 12. Продукция пласта 12 также попадает в кожух 2, и далее насос 1 перекачивает ее на поверхность по лифтовым трубам 25. При достижении нижнего предела забойного давления у пласта 12 датчик давления 16, сообщенный с ним, дает сигнал на закрытие клапана 15 и открытие следующего, сообщенного с верхним пластом 11, жидкость из которого через перфорацию 10, полость 5, отверстие 14, канал 4, кожух 2 перекачивается насосом 1 по трубам 25 на поверхность.

В это время в полостях 5, находящихся ниже пакера 7 и между пакерами 6 и 7, сообщенными соответственно с пластами 12 и 13, происходит накопление продукции этих пластов, притекающей через перфорации 10. При этом газ 17 сжимается притекающей жидкостью и забойное давление около пластов растет. При достижении максимального значения забойного давления около одного из пластов 12 или 13 датчик 16 подает сигнал на открытие клапана 15, сообщенного с пластом 12 или 13, который и открывается после достижения максимального значения забойного давления у верхнего пласта 11. При соответствующей настройке станции управления клапаны 15 могут быть открыты и одновременно, если давление около них соответствует открытию.

Устройство, изображенное на фиг.2, используют в тех случаях, если нижний пакер 7 размещен слишком близко к нижнему пласту 13 (фиг.1) - нет места для газа 17 (фиг.2), но есть место ниже пласта 13 (фиг.1).

В этом случае ниже пласта размещают емкость 18 (фиг.2), заполненную газом 17 под давлением, равным минимальному забойному давлению около этого пласта 13 (фиг.1).

При накоплении жидкости поршень 19 (фиг.2) сжимает газ 17 в емкости 18, при откачке газ 17 расширяется и выталкивает поршень 19 и жидкость, накопившуюся в ней. Вместо поршня может быть использована гибкая мембрана или сильфон.

Устройство, изображенное на фиг.3, применяют, если под нижним пакером 7 нет места и ниже пласта 13 (фиг.1). Полость между корпусом 20 (фиг.3) и лифтовой трубой 8 (фиг.1) заполняют газом на поверхности до давления, соответствующего минимальному забойному давлению у нижнего пласта 13, при этом шар 23 (фиг.3) прижимается перепадом давления к седлу 24.

При спуске устройства в скважину, когда окружающее гидростатическое давление достигнет величины давления в устройстве и исчезнет перепад давления, прижимающий шар 23 к седлу 24, шар 23 падает под действием силы тяжести и открывает клапан 22, сообщая полость, заполненную газом 17, с подпакерной полостью 5 (фиг.1). Далее при накоплении продукции в подпакерной полости 5 происходит сжатие газа через отверстие 21 (фиг.2), а при откачке продукции - выход ее через это же отверстие. Устройство может быть использовано и для среднего пласта 12 размещением его выше верхнего пакера 6.

Если забойное давление ни одного из пластов не достигло порога открытия, станция управления отключает насос 1.

Таким образом, применение предлагаемых способа и устройства позволяет эксплуатировать одновременно-раздельно, каждый со своим забойным давлением, несколько пластов, уменьшая при этом количество переключений клапанов и насоса. Варианты устройства могут быть использованы независимо друг от друга по отдельности или в любом сочетании в составе одной установки.