RU2162964C1

RU2162964C1 - Well pumping plant for injection of formation water into oil-bearing formation

Info

Publication number: RU2162964C1
Application number: RU2000105136A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Ибрагимов; А.Ф. Закиров; Ф.Ф. Халиуллин; Мирзахан Атакиши оглы Джафаров; Р.М. Миннуллин; Д.К. Рахматуллин
Original assignee: Нефтегазодобывающее управление "Альметьевнефть" ОАО "Татнефть"
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2001-02-10

Abstract

FIELD: oil producing industry; applicable in injection of water from underlying water-bearing horizons to overlaying oil-bearing object with low-permeable reservoirs to maintain and raise formation pressure in it. SUBSTANCE: well pumping plant has a pump pipe string with check valve in its lower part and connected with insert pump and lowered into flow string with perforated sections against oil-bearing and water-bearing formations. Two packers are installed in annular space above and below oil-bearing formation. Installed above pump cylinder on pump pipe string is branch pipe with packing rings on internal surface and radial channels hydraulically communicating the internal space of branch pipe with interpacker zone of well annular space. Concentrically located in branch pipe is step sleeve for axial motion with passing holes and toothed end connected with pump cylinder adapter with the help of tongs. Plunger rod passing through sleeve central hole has upper and lower pushers for moving the plunger in branch pipe. Engagement of pushers with sleeve is accomplished from wellhead through rod suspension. Upper packer shutting off the annular space above oil-bearing formation is self-sealing and installed above radial holes on branch pipe. Packer self-sealing collar is located in protective case whose internal space is hydraulically communicated through radial holes with branch pipe. EFFECT: higher efficiency of intrawell water transfer from underlying water-bearing to overlaying oil-bearing formations by rod pump plant due to simplification of its design and provision of investigation of operation of sucker-rod pumps and formations. 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к насосным установкам, предназначенным для нагнетания воды из нижележащих водоносных пластов в верхнележащий нефтеносный объект со слабопроницаемыми коллекторами в целях поддержания и повышения в нем пластового давления. The invention relates to the oil industry, and in particular to pumping plants designed to pump water from underlying aquifers into an upper oil-bearing object with low-permeability reservoirs in order to maintain and increase reservoir pressure in it.

Известно устройство для нагнетания пластовых вод из нижележащих водоносных пластов в верхнележащий нефтеносный пласт с помощью электропогружного насоса и двух пакеров, изолирующих нефтеносный пласт [1]. A device for injecting formation water from the underlying aquifers into the upper underlying oil reservoir using an electric submersible pump and two packers that isolate the oil reservoir [1].

Недостатком этого устройства является высокая стоимость электропогружного насоса, и в случае замены насоса требуется подъем насосно-компрессорных труб с пакерами. Кроме того, в процессе закачки по мере повышения давления из-за снижения приемистости пласта в результате загрязнения призабойной зоны пласта, особенно в низкопроницаемых коллекторах, производительность установки выходит за пределы оптимальной области рабочей характеристики электропогружного насоса. The disadvantage of this device is the high cost of the electric submersible pump, and in case of replacement of the pump, lifting of tubing with packers is required. In addition, during the injection process, as the pressure increases due to a decrease in the injectivity of the formation as a result of contamination of the bottom-hole zone of the formation, especially in low-permeability reservoirs, the performance of the installation goes beyond the optimal range of the operating characteristic of an electric submersible pump.

Известна насосная установка для закачивания воды в нефтеносный пласт. Подача воды осуществляется с поверхности земли или из вышележащего водоносного пласта. Установка состоит из колонны насосно-компрессорных труб с пакером, глубинного штангового насоса, цилиндр которого размещен в кожухе. Кожух имеет двухпроходной патрубок, один ход которого сообщен с полостью цилиндра, а другой - с кольцевой полостью между кожухом и цилиндром [2]. Known pumping unit for pumping water into the oil reservoir. Water is supplied from the surface of the earth or from an overlying aquifer. The installation consists of a tubing string with a packer, a sucker rod pump, the cylinder of which is located in the casing. The casing has a two-pass pipe, one stroke of which is in communication with the cylinder cavity, and the other with the annular cavity between the casing and the cylinder [2].

Однако данная установка имеет сложную конструкцию и не обеспечивает нагнетание воды из нижележащего водоносного пласта в верхнележащий нефтеносный пласт. However, this installation has a complex structure and does not provide forcing water from the underlying aquifer into the upper reservoir.

Известна также скважинная штанговая насосная установка, предназначенная для раздельного отбора нефти и воды из нижнего продуктивного горизонта с откачкой нефти на поверхность, а воды - в верхний горизонт. Установка состоит из колонны насосно-компрессорных труб, корпуса штангового насоса со ступенчатым цилиндром и дифференциальным плунжером. Корпус и подпоршневая камера верхней ступени цилиндра в нижней части имеют соосные радиальные каналы, сообщающие их с затрубным пространством скважины, разобщенным верхним и нижним пакерами в интервале перфорационных отверстий верхнего горизонта. Приемная часть штангового насоса размещена под нижним пакером, который снабжен трубкой с обратным клапаном, гидравлически связывающей нижний горизонт с межпакерным пространством [3]. A well sucker-rod pumping unit is also known for the separate selection of oil and water from the lower productive horizon with pumping oil to the surface, and water to the upper horizon. The installation consists of a tubing string, a rod pump housing with a stepped cylinder and a differential plunger. The body and the piston chamber of the upper stage of the cylinder in the lower part have coaxial radial channels communicating with the annulus of the well, disconnected by the upper and lower packers in the interval of the perforations of the upper horizon. The suction part of the sucker rod pump is located under the lower packer, which is equipped with a check valve tube that hydraulically connects the lower horizon with the interpacker space [3].

Недостатком данной установки является сложность конструкции и отсутствие возможности количественной оценки закачки воды, что особенно важно при поддержании пластового давления в верхнем пласте. Кроме того, установка не обеспечивает закачку воды при пластовом давлении верхнего горизонта больше чем нижнего. The disadvantage of this installation is the design complexity and the lack of the ability to quantify water injection, which is especially important when maintaining reservoir pressure in the upper reservoir. In addition, the installation does not provide water injection at reservoir pressure of the upper horizon more than the lower.

Задача изобретения - повышение эффективности внутрискважинной перекачки воды из нижележащего водоносного в вышележащий нефтеносный пласт штанговой насосной установкой за счет упрощения ее конструкции и обеспечения возможности исследования работы глубинного насоса и пластов. The objective of the invention is to increase the efficiency of downhole pumping of water from the underlying aquifer to the overlying oil reservoir with a sucker rod pump unit due to the simplification of its design and the possibility of investigating the operation of the downhole pump and reservoirs.

Поставленная задача достигается тем, что в установке для закачки пластовых вод в нефтеносный пласт, содержащей колонну насосных труб с обратным клапаном в нижней части, связанную со вставным штанговым насосом и спущенную в эксплуатационную колонну с перфорированными участками напротив нефтеносного и водоносного пластов и двух пакеров, установленных в затрубном пространстве выше и ниже нефтеносного пласта, над цилиндром насоса на колонне насосных труб установлен патрубок с уплотнительными кольцами на внутренней поверхности, и радиальными каналами, гидравлически связывающими внутреннюю полость патрубка с межпакерной зоной затрубного пространства скважины. В патрубке концентрично размещен ступенчатый стакан с возможностью осевого перемещения, имеющий проходные отверстия и зубчатый наконечник, связанный с переходником цилиндра насоса при помощи цанги. Шток плунжера, проходящий через центральное отверстие стакана, для перемещения последнего в патрубке, снабжен верхним и нижним толкателями, взаимодействие которых со стаканом осуществляется с устья скважины через штанговую подвеску. Причем верхний пакер, перекрывающий затрубное пространство над нефтеносным пластом, выполнен самоуплотняющимся и установлен над радиальными отверстиями на патрубке. При этом самоуплотняющаяся манжета пакера размещена в предохранительном кожухе, внутренняя полость которого через радиальные отверстия гидравлически связана с патрубком. This object is achieved by the fact that in the installation for injecting formation water into the oil reservoir, comprising a pump pipe string with a check valve in the lower part, connected to an insert rod pump and lowered into a production string with perforated sections opposite the oil and aquifer formations and two packers installed in the annulus above and below the oil reservoir, above the pump cylinder, a pipe with sealing rings on the inner surface, and a radial channels, hydraulically connecting the internal cavity of the pipe with the interpacker zone of the annulus of the well. A stepped cup is concentrically placed in the nozzle with the possibility of axial movement, having passage holes and a gear tip connected to the adapter of the pump cylinder by means of a collet. The plunger rod passing through the Central hole of the glass, to move the latter in the pipe, is equipped with upper and lower pushers, the interaction of which with the glass is carried out from the wellhead through the rod suspension. Moreover, the upper packer, overlapping the annulus above the oil reservoir, is self-sealing and installed above the radial holes on the nozzle. In this case, the self-sealing packer cuff is placed in the safety casing, the inner cavity of which is hydraulically connected through the radial holes to the nozzle.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема оборудования предлагаемой скважинной насосной установки при исследовании водоносного пласта; на фиг. 2 - верхняя часть вставного штангового насоса в компоновке с самоуплотняющимся пакером. In FIG. 1 presents a schematic diagram of the equipment of the proposed downhole pumping unit in the study of the aquifer; in FIG. 2 - the upper part of the plug-in sucker rod pump in the layout with a self-sealing packer.

Скважинная насосная установка для закачки пластовых вод в нефтеносный пласт содержит вставной штанговый насос 1, связанный с колонной насосных труб 2 замковой опорой 3, спущенные в эксплуатационную колонну 4 с перфорированными участками напротив нефтеносного 5 и водоносного 6 пластов. На колонне насосных труб 2 установлен нижний пакер 7, герметизирующий затрубное пространство скважины над водоносным пластом 6. Над цилиндром вставного насоса 1 и выше нефтеносного пласта 5 колонна насосных труб 1 снабжена патрубком 8 с уплотнительными кольцами 9 и радиальными каналами 10, сообщающими внутреннюю полость патрубка 8 с затрубным пространством 11 и с нефтеносным пластом 5. На патрубке 8 выше радиальных каналов 10 установлен верхний пакер 12, а ниже - кожух 13 с возможностью осевого перемещения, предохраняющий самоуплотняющуюся манжету 14 пакера 12 от повреждений при спуске его в скважину. В патрубке 8 концентрично размещен с возможностью осевого перемещения ступенчатый стакан 15, имеющий проходные отверстия 16 и зубчатый наконечник 17, соединенный с переходником 18 цилиндра насоса 1 с помощью цанги 19. Шток плунжера 20, проходящий через центральное отверстие стакана 15, для перемещения последнего в патрубке 8 снабжен двумя толкателями, которые выполнены: верхний в виде соединительной муфты 21, а нижний - в виде втулки 22. Штанговая подвеска 23 снизу соединена с муфтой 21, а сверху - специальной траверсой 24 контактной подвески насосных штанг. Колонна насосных труб 2 в нижней части имеет обратный клапан 25. The downhole pumping unit for injecting formation water into the oil reservoir comprises an insert rod pump 1 connected to the column of pump pipes 2 by a lock support 3, lowered into the production string 4 with perforated sections opposite the oil 5 and aquifer 6 formations. A lower packer 7 is installed on the tubing string 2, which seals the annulus of the well above the aquifer 6. Above the cylinder of the plug-in pump 1 and above the oil reservoir 5, the tubing string 1 is equipped with a nozzle 8 with sealing rings 9 and radial channels 10 communicating the inner cavity of the nozzle 8 with the annulus 11 and with the oil reservoir 5. On the pipe 8 above the radial channels 10 is installed the upper packer 12, and below the casing 13 with the possibility of axial movement, which protects the self-sealing cuff 14 packer 12 from damage when lowering it into the well. In the pipe 8, a stepped glass 15 is concentrically axially moved with axial movement, having passage holes 16 and a gear tip 17 connected to the adapter 18 of the cylinder of the pump 1 by means of a collet 19. The piston rod 20 passing through the central hole of the glass 15 to move the latter in the pipe 8 is equipped with two pushers, which are made: the upper one in the form of a connecting sleeve 21, and the lower one in the form of a sleeve 22. The rod suspension 23 is connected from below to the sleeve 21 and from the top by a special traverse 24 of the contact suspension of pumping units English The column of pump pipes 2 at the bottom has a check valve 25.

При исследовании водоносного пласта 6 к приемной части насоса 1 подсоединяется перфорированная камера 26, в которой размещается глубинный манометр 27. Устьевая арматура скважины оборудована специальным сальником 28 на высокое давление с автономной смазкой и охлаждением полированного штока (не показано). When examining the aquifer 6, a perforated chamber 26 is connected to the receiving part of the pump 1, in which a depth gauge 27 is placed. The wellhead reinforcement is equipped with a special high pressure seal 28 with autonomous lubrication and cooling of the polished rod (not shown).

Скважинная насосная установка работает следующим образом. Downhole pumping unit operates as follows.

Перед спуском вставного насоса 1 в колонну насосных труб 2 затрубное пространство 11 разобщают от водоносного пласта 6 пакером 8, выполненным, например, типа "пакер-гильза". При исследовании гидродинамических параметров водоносного пласта осуществляется разобщение нефтеносного 5 и водоносного 6 пластов в полости колонны насосных труб путем закрытия радиальных каналов 10 патрубка 8. Before the insertion pump 1 is lowered into the pump pipe string 2, the annular space 11 is disconnected from the aquifer 6 by a packer 8 made, for example, of a “packer-sleeve” type. In the study of the hydrodynamic parameters of the aquifer, the oil 5 and aquifer 6 formations are separated in the cavity of the pump pipe string by closing the radial channels 10 of the pipe 8.

Вставной насос 1 в сборке со ступенчатым стаканом 15 и перфорированной камерой 25 с глубинным манометром 26 на штанговой подвеске 13 спускается в колонну насосно-компрессорных труб 2 с заранее заданным расстоянием между толкателями штока 20, т.е. между соединительной муфтой 21 и верхним торцом втулки 16 с учетом необходимой длины хода насоса 1. При достижении вставным насосом 1 замковой опоры 3 муфта 21 садится в стакан 15 и его зубчатый наконечник 17 упирается в переходник 18 и за счет веса штанговой подвески 23 цанговый узел (не обозначен) цилиндра насоса 1 садится на замковую опору 3. При этом на устье скважины фиксируется крайнее нижнее положение плунжера в цилиндре насоса 1. The plug-in pump 1 in the assembly with a stepped glass 15 and a perforated chamber 25 with a depth gauge 26 on the rod suspension 13 is lowered into the tubing string 2 with a predetermined distance between the rod pushers 20, i.e. between the coupling 21 and the upper end of the sleeve 16, taking into account the required stroke length of the pump 1. When the plug-in pump 1 reaches the locking support 3, the coupling 21 fits into the cup 15 and its gear tip 17 abuts the adapter 18 and due to the weight of the rod suspension 23 collet assembly ( not indicated) of the cylinder of the pump 1 sits on the locking support 3. At the same time, the lowest position of the plunger in the cylinder of the pump 1 is fixed at the wellhead.

Для закрытия радиальных каналов 10 стаканом 15 с устья скважины осуществляют подъем штанговой подвески 23 на расстояние от муфты 21 до верхнего торца втулки 22 плюс высота зубчатого наконечника 17, удлинение штанг, определяемое путем снятия динамограммы с помощью прибора "Микон" датчиком, установленным на полированном штоке, который составляет последнее звено штанговой подвески 23. При этом, поскольку усилие срабатывания упругого (пружинящего) элемента цанги 19 многократно меньше чем цанги вставного насоса 1 в замковой опоре 3, стакан 15 с зубчатым наконечником 17 перемещается вверх и занимает положение напротив радиальных каналов 10 в патрубке 8, а зубчатый наконечник 17 нижним концом остается захваченным цангой 19. Далее при крайнем верхнем положении плунжера в цилиндре осуществляется подгонка устьевого полированного штока с траверсой 24 канатной подвески насосных штанг и монтаж устьевой арматуры скважины. При работе глубинного насоса 1 продукция водоносного пласта 6 по колонне насосных труб 1 поступает на поверхность и путем динамометрирования определяется режим работы глубинного насоса, а также дебит скважины. To close the radial channels 10 with a glass 15 from the wellhead, the rod suspension 23 is raised to a distance from the sleeve 21 to the upper end of the sleeve 22 plus the height of the gear tip 17, the extension of the rods, determined by using the Mikon instrument by the sensor mounted on a polished rod , which makes up the last link of the rod suspension 23. Moreover, since the actuation force of the elastic (spring) element of the collet 19 is much less than the collet of the insert pump 1 in the castle support 3, the glass 15 with gears the tip 17 moves upward and occupies a position opposite the radial channels 10 in the nozzle 8, and the gear tip 17 with the lower end remains gripped by the collet 19. Then, at the extreme upper position of the plunger in the cylinder, the wellhead polished rod with the traverse 24 of the cable suspension of the pump rods is fitted and the wellhead valves are mounted wells. During the operation of the deep pump 1, the production of the aquifer 6 along the column of pump pipes 1 enters the surface and the operating mode of the deep pump, as well as the flow rate of the well, are determined by dynamometry.

Одновременно с этим глубинным манометром 23 записываются кривые падения давления на приеме насоса 1, и далее они пересчитываются на кровлю водоносного пласта. На базе полученных данных по общеизвестному методу определяются пластовые параметры и потенциальные возможности водоносного пласта 6. Simultaneously with this depth gauge 23, pressure drop curves are recorded at the intake of pump 1, and then they are recounted on the roof of the aquifer. Based on the data obtained by the well-known method, the reservoir parameters and potential capabilities of the aquifer are determined 6.

Для сообщения внутренней полости колонны насосных труб 2 с нефтеносным пластом 5 на устье скважины в крайнем нижнем положении головки балансира станка-качалки в траверсе 24 с удлиненными подъемными винтами (не показаны) опускается устьевой полированный шток и связанная с ним штанговая подвеска 23 на высоту зубчатого наконечника 17. При этом муфта 21 перемещает стакан 15 вниз и происходит открытие радиальных каналов 10 патрубка 8, после чего для определения коэффициента приемистости нефтеносного пласта с устья скважины насосным агрегатом по колонне насосных труб 2 в трех режимах закачивается пластовая вода, откаченная ранее при исследовании водоносного пласта. В процессе закачки нагнетательный клапан плунжера закрывается через радиальные каналы 10, поступает в подманжетное пространство предохранительного кожуха 13. Вследствие повышения давления кожух 13, разрушая срезной штифт (не показан), перемещается вниз и освобождает самоуплотняющуюся манжету 14. Освободившиеся свободные концы самоуплотняющейся манжеты 14 прижимаются к стенкам эксплуатационной колонны 4. Под воздействием давления нагнетаемой воды пакер 12 герметизирует затрубное пространство 11 над нефтеносным пластом 5 как известная конструкция подобных пакеров. По завершении исследования вставной насос 1 и связанные с ним ступенчатый стакан 15 и камера 26 с глубинным манометром 27 извлекаются на поверхность. При этом обратный клапан 25 предотвращает обратный переток закачиваемой воды из нефтеносного пласта 5 в водоносный пласт 6. На основе полученной информации по гидродинамическим параметрам водоносного и нефтеносного пластов в скважину спускается предлагаемая компоновка вставного насоса (без глубинного манометра) с оптимальными рабочими параметрами. To communicate the inner cavity of the pump pipe string 2 with an oil reservoir 5 at the wellhead in the lowermost position of the rocker head of the rocking machine in traverse 24 with elongated lifting screws (not shown), the wellhead polished rod and associated rod suspension 23 are lowered to the height of the gear tip 17. In this case, the sleeve 21 moves the cup 15 down and the radial channels 10 of the pipe 8 open, after which, to determine the injectivity coefficient of the oil-bearing formation from the wellhead, the pump unit Onne pumping tubes 2 in three modes injected formation water, previously evacuated under study aquifer. During the injection process, the plunger discharge valve closes through the radial channels 10, enters the cuff space of the safety casing 13. Due to the increase in pressure, the casing 13, destroying the shear pin (not shown), moves down and releases the self-sealing cuff 14. The released free ends of the self-sealing cuff 14 are pressed against the walls of the production casing 4. Under the influence of pressure of the injected water, the packer 12 seals the annulus 11 above the oil reservoir 5 as a known construction handler of similar packers. Upon completion of the study, the plug-in pump 1 and the associated stepped cup 15 and the chamber 26 with the depth gauge 27 are removed to the surface. At the same time, the check valve 25 prevents the backflow of injected water from the oil reservoir 5 into the aquifer 6. Based on the obtained information on the hydrodynamic parameters of the aquifer and oil reservoir, the proposed plug-in pump arrangement (without depth gauge) with optimal operating parameters is lowered.

При этом подгонка штанговой подвески 23 на устье скважины и установка на замковой опоре 3 вставного насоса 1, соединенного со ступенчатым стаканом 5 в колонне насосных труб 1, осуществляется по вышеизложенному способу. In this case, the adjustment of the rod suspension 23 at the wellhead and the installation on the castle support 3 of the insert pump 1 connected to the stepped glass 5 in the column of pump pipes 1 is carried out according to the above method.

Скважинная жидкость, которая находится над пакером 12, заменяется на антикоррозионную путем закачки ее в затрубное пространство скважины. Далее при закрытии линейной задвижки устьевой арматуры и при открытом положении радиальных каналов 10 скважинная насосная установка осуществляет закачку добываемой воды в нефтеносный пласт 5. The borehole fluid, which is located above the packer 12, is replaced with an anti-corrosion fluid by pumping it into the annulus of the well. Further, when the linear valve of the wellhead valve is closed and the radial channels 10 are open, the downhole pumping unit injects produced water into the oil reservoir 5.

В случае необходимости в процессе эксплуатации установки сообщение или разобщение внутренней полости насосных труб 2 с нефтеносным пластом 5 при исследовании режима работы глубинного насоса 1 осуществляется с использованием специальной траверсы 26 канатной подвески с удлиненными подъемными винтами. If necessary, during the operation of the installation, the message or disconnection of the internal cavity of the pumping pipes 2 with the oil reservoir 5 during the study of the operating mode of the deep pump 1 is carried out using a special traverse 26 of the cable suspension with elongated lifting screws.

Предлагаемая скважинная насосная установка позволяет улучшить регулирование закачки воды в единой системе поддержания пластового давления (ППД) и задействовать в системе ППД неохваченные площади нефтеносного пласта со слабопроницаемыми коллекторами путем организации выборочного очагового заводнения, исключить трубопроводные коммуникации для подготовки и транспортировки закачиваемой воды, улучшить регулирование процессов разработки нефтяных горизонтов и снизить техногенную нагрузку на верхний питьевой комплекс
Источники информации:
1. А.с. СССР N 111270, Кл. E 21 В 43/20; 1952 г.The proposed borehole pumping unit allows to improve the regulation of water injection in a single system for maintaining reservoir pressure (RPM) and to use unreached oil reservoir areas with poorly permeable reservoirs in the RPM system by organizing selective focal waterflooding, eliminating pipelines for the preparation and transportation of injected water, and improving regulation of development processes oil horizons and reduce the technogenic load on the upper drinking complex
Sources of information:
1. A.S. USSR N 111270, Cl. E 21 V 43/20; 1952

2. А.с. СССР N 135853, Кл. F 04 В 47/00; 1961 г. 2. A.S. USSR N 135853, Cl. F 04 B 47/00; 1961

3. А.с. СССР N 1456641 Кл. F 04 В 47/02; 1989 г. Прототипь 3. A.S. USSR N 1456641 Cl. F 04 B 47/02; 1989 Prototype

Claims

A downhole pumping unit for injecting formation water into an oil reservoir, comprising a pump pipe string with a check valve at the bottom, connected to an insert rod pump and lowered into a production string with perforated sections opposite the oil and water bearing formations and two packers installed in the annulus above and below the oil reservoir, characterized in that a pipe with sealing rings on the inner surface and radial with channels that hydraulically connect the internal cavity of the nozzle with the interpacker zone of the annulus of the well, and the nozzle concentrically contains a stepped nozzle with the possibility of axial movement, having passage holes and a serrated tip connected to the adapter of the pump cylinder by means of a collet, and the piston rod for moving the stepped nozzle in the pipe is equipped with upper and lower pushers, the interaction of which with a stepped glass is carried out from the wellhead through a rod suspension, etc. the upper self-sealing packer configured and installed over the radial channels on the nozzle, and self-sealing packer cuff is placed in the protective casing, whose inner cavity through radial passages fluidly connected to the nozzle.