RU2290505C1

RU2290505C1 - Well device for separation of oil and water

Info

Publication number: RU2290505C1
Application number: RU2005137745/03A
Authority: RU
Inventors: Наиль Габдулбариевич Ибрагимов (RU); Наиль Габдулбариевич Ибрагимов; Миргази н Закиевич Тазиев (RU); Миргазиян Закиевич Тазиев; Айрат Фикусович Закиров (RU); Айрат Фикусович Закиров; Евгений Витальевич Ожередов (RU); Евгений Витальевич Ожередов; Мирзахан Атакиши оглы Джафаров (RU); Мирзахан Атакиши оглы Джафаров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2006-12-27

Abstract

FIELD: oil extractive industry, possible use in system for maintaining formation pressure during inter-well water transit for separating structurally condensed oil from extracted product of water intake well, transferred from category of former product well due to water-flooding of productive formation.

SUBSTANCE: device for separation of oil and water includes dividing chamber with static separator and outlet apertures for oil and water. As dividing chamber, lower part of well is used, limited by casing string and dividing collar, which is mounted on tail connected to immersion electric engine of electric centrifugal pump suspended to well on the tubing string. Tail in lower part below dividing collar is provided with limiter, and in upper part above dividing collar - with water outlet aperture. As oil outlet aperture, draining pipe is used with windows and branch pipe for connection of space below diving collar and space above the intake of electric centrifugal pump. On the tail below dividing collar, cover is positioned in form of barrel with possible vertical movement along the tail. Cover has guides made in form of sleeves with possible contact to tail limiter, and with internal surface of casing string wall by means of its external spring-loaded dentils. Static separator is made of external and internal concentrically positioned pipes, closed from below, with circular space between them, divided by walls with horizontal apertures on sectors. Upper pipe is closed from above, in upper section in sectors is provided with apertures for influx of separated oil into sub-collar zone and across whole length has radial apertures for intake of liquid into half of sectors as in every second sector. Internal pipe being an extension tail, across whole length in remaining sectors has radial apertures for intake of water into it and further into tail, while total area of inlet, and also outlet apertures is not less than cross-section area of product column of well.

EFFECT: device provides separation of small volumes of oil from large volumes of water.

3 dwg

Description

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.The present invention relates to the oil industry and may find application in a system for maintaining reservoir pressure during cross-well pumping to separate structurally drop oil from produced products from a water well that has moved from the former oil production category due to flooding of the reservoir.

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).Known borehole sand separator, comprising a housing consisting of sections placed one above the other, sub, connecting sections, a channel for supplying fluid to the separator, tubes for downward flow and fishing chambers. In the separator sections are connected in series. Sub are made with longitudinal channels for the upward flow and transverse channels. These channels in the lower two-sided sub communicate with the annulus between the casing of the well and the casing of the separator, and in the intermediate sub with longitudinal channels below the sub. In the fishing chambers, the cross-sectional space for the upward flow is made larger than the cross-section for the downward flow (RF Patent No. 2191261, class E 21 B 43/38, publ. 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.The known separator provides increased reliability and service life of the well pump due to the separation of sand. However, the separator does not provide high-quality separation of oil from water.

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).Closest to the proposed invention in technical essence is a unit for separating oil and water, including a separation chamber, in which there is a static separator for separating water from oil, having an inlet for receiving well fluid from the inlet section of the well under the separation chamber, an outlet for enriched component oil opening in the well section above the separation chamber, and an outlet for the water-rich component opening in the drain the well section under the separation chamber, the height of the separation chamber being greater than the thickness of the dispersion layer that forms in it under normal operating conditions (Application for the invention of the Russian Federation No. 2003103440/03, class E 21 V 43/38, publ. 2004.07.20 - prototype) .

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.The known device provides the separation of oil and water at sufficiently large ratios of oil and water in the composition of the reservoir fluid and does not allow the separation of small volumes of oil from large volumes of water.

В предложенном изобретении решается задача отделения малых объемов нефти от больших объемов воды.The proposed invention solves the problem of separating small volumes of oil from large volumes of water.

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.The problem is solved in that in a downhole installation for oil and water separation, comprising a separation chamber with a static separator and oil and water outlet openings, according to the invention, the lower part of the well bounded by a casing and a separation cuff, which is mounted on a shank attached to a submersible motor of an electric centrifugal pump suspended in a well on a tubing string, a shank in the lower part under the separator the cuff is equipped with a limiter, and in the upper part above the separation cuff - an outlet for water, while an outlet pipe with windows and nozzles is used as an oil outlet for communicating the space under the separation cuff and the space above the reception of the electric centrifugal pump, on the shank below the separation the cuff is placed a casing in the form of a glass with the possibility of vertical movement along the shank, the casing has guides made in the form of couplings with the possibility of contact with a liner limiter and with the inner surface of the casing wall using its external spring-loaded crackers, and the static separator is made of external and internal concentric pipes, closed from the bottom, with an annular space between them, divided by partitions with horizontal holes into sectors, the external pipe is closed on top, in the upper part in the sectors it is equipped with holes for the separated oil to enter the cuff zone and has radial holes for the liquid in half the sectors through one, and the inner pipe, which is a continuation of the liner, has radial openings along the entire length in the remaining sectors for water to enter it and then into the liner, with the total inlet and outlet openings not less than the cross-sectional area production casing wells.

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.Figure 1 presents the claimed downhole installation for the separation of oil and water; figure 2 is a cross section aa in figure 1; figure 3 - location of the cuff in the casing when the separator is lowered into the well.

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.The downhole oil and water separation unit comprises a liner 1 with a separating sleeve 2 and a limiter 3 connected to the lower part of the submersible motor 4 of the electric centrifugal pump 5 with a drain-check valve 6 mounted on the tubing string 7. Above the separating sleeve 2, the liner 1 has a channel 8, communicating its internal cavity with the reception of an electric centrifugal pump 5. The cuff 2 is provided on the outside with a casing 9 with a guide 10 that can vertically move along the tail vic 1 to the limiter 3. The shank 1 in the lower part is rigidly connected to the dividing chamber 11, made of two concentrically arranged pipes 12 and 14 and divided into separate sectors C ₁ , C ₂ , C ₃ , C ₄ , C ₅ , C ₆ . The outer tube 12 of the dividing chamber 11 along the entire length has radial openings 13 for liquid inlet into sectors C ₁ , C ₃ and C ₅ . The inner pipe 14, which is a continuation of the shank 1, along the entire length in sectors C ₂ , C ₄ and C ₆ has radial openings 15 for water outlet, as well as partitions 16 with horizontal openings 17, dividing the dividing chamber 11 into sectors C ₁ , C ₂ , C ₃ , C ₄ , C ₅ , C ₆ . Both the outer pipe 12 and the inner pipe 14 are closed from below. The outer pipe 12 in the upper part in sectors C ₂ , C ₄ and C ₆ is provided with openings 18 for the separated oil to enter the cuff zone. The length of the dividing chamber 11 is selected based on the performance of the pump so that the number and diameter of the holes 13, 15 and 17 without hydraulic losses ensure the flow of fluid through them. For this, the total area of each of the listed groups of holes should be not less than the cross-sectional area of the production casing. In the inner cavity, the liner 1 has a discharge tube 19 with windows 20 for passing the oil accumulated under the cuff 2 above the intake of the electric centrifugal pump 5 through the nozzle 21. The assembled downhole equipment is lowered into the production casing of the well 22, the annular space of which is connected by an oil pipe to the mouth and the flow line is connected with water supply (not shown in FIG.). Guide 10 of the casing 9 with a shear pin 23 is fixed on the shank 1 (see figure 3). On the casing 9 there are lateral spring loaded crackers 24 installed by the upward direction of the teeth and in contact with the inner surface of the production casing wall of the well 22.

Скважинная установка для разделения нефти и воды работает следующим образом.Downhole installation for the separation of oil and water works as follows.

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.When descending into the production casing of a well 22 of an electric centrifugal pump 5 in an arrangement with a downhole separator, a cuff 2 is located in the casing 9 (Fig. 3). Upon reaching the required depth of descent, the tubing string 7 is lifted to the length of one pipe. In this case, due to the contact of the lateral spring-loaded crackers 24 with the inner surface of the casing 22, the casing 9, cutting off the pin 23, moves down to the limiter 3 and releases the elastic dividing collar 2, which in the open state covers the annular space of the production string 22 below the submersible motor 4. In this case, the cuff 2 does not experience the load from the differential pressure, since the pressure above and below it is almost the same.

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.During the operation of the electric centrifugal pump 5, an upward flow of water with oil droplets in the annular space formed between the dividing chamber 11 and the production string 22, distributed evenly along the height of the dividing chamber 11 with a small fractional flow rate, enters through the radial holes 13 of the outer pipe 12 into the annular zone of the sectors C _1, C ₃ and C _5, where by increasing the effective cross section of flow in each horizontal plane of the flow sectors snizhet abruptly changes speed and direction of movement through 90 ° opposite otve sty 17 of the partition 16. This results in the separation of droplets from the flow due to gravitational force, providing ascent of oil droplets and their accumulation in the upper part of sectors C _1, C ₃ and C ₅ and flow through the openings 18 in the sleeve under the zone. The stream of water separated from the oil droplets enters the sectors C ₂ , C ₄ and C ₆ , where through the radial holes 15 it enters the inner pipe 14 and then into the liner 1. The produced water purified from oil through the channel 8 is received by the pump 5, and oil with gas through the windows 20 of the outlet pipe 19 and the pipe 21 is discharged above the intake of the pump and then accumulates in the annulus of the well. During operation, the produced water from the donor well (water intake) is pumped into the injection wells through the flow and water lines. At the same time, the process of accumulation of oil in the annular space of the well and the gradual approximation of the oil-water section to the intake of the pump 5 occur simultaneously.

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.When filling the annular space of the well from the dynamic fluid level to the drain-check valve 6, the pump is turned off. The annular filling time with oil is calculated or determined empirically. When this drain-check valve 6 opens (using the well-known downhole valve device according to the patent of the Russian Federation No. 2150575) and the pipe space communicates with the annular. Then, the secant valve is opened on the oil pipeline and the oil is displaced from the annulus into the oil pipeline by the reverse flow of water from the water pipe through the tubing 7, either by pouring water from the injection wells (the pressure in the water pipe is usually an order of magnitude higher than in the oil pipe), or by direct flushing with a pump unit. If the injection wells of the donor well have unused water pipes from the well pumping well, they can also be used to create a reverse flow of water to the donor well. From the selected samples in the oil pipeline, the end of the oil displacement process is determined, after which the installation of the donor well is started and the secant valve in the oil pipeline is closed.

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.The proposed downhole installation for oil and water separation provides the separation of drip oil and water with almost any amount of produced fluid from water wells due to the possibility of using a separation chamber without limiting the length.

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.The implementation of a well installation for separating oil and water with periodic pumping of accumulated oil from the annular space of donor wells using the proposed well installation allows you to save the injectivity of injection wells by cleaning the injected water from oil products and to extract additional oil from water wells.

Claims

Downhole installation for oil and water separation, including a separation chamber with a static separator and oil and water outlets, characterized in that the lower part of the well is used as a separation chamber, bounded by a casing string and a separation cuff mounted on a shank attached to the submersible the electric motor of the electric centrifugal pump suspended in the borehole on the tubing string, the shank in the lower part under the dividing collar is equipped with with a reader, and in the upper part above the separation cuff - an outlet for water, while a drain pipe with windows and a pipe is used as an oil outlet for communicating the space under the separation cuff and the space above the reception of the electric centrifugal pump, a casing is placed on the shank below the separation cuff in the form of a glass with the possibility of vertical movement along the shank, the casing has guides made in the form of couplings with the possibility of contacting with the tail stop and with the inner surface of the casing wall using its external spring-loaded crackers, and the static separator is made of external and internal concentrically arranged pipes closed from below, with an annular space between them, divided by partitions with horizontal holes into sectors, the external pipe is closed from above, in the upper part in the sectors is equipped with openings for the release of separated oil into the cuff zone and along the entire length has radial openings for fluid inlet into half of the sectors through one, inner pipe, which is a continuation of the shank, along the entire length in the remaining sectors has radial openings for the inflow of water into it and into the shank, wherein the total area of the inlet and outlet openings of at least the cross sectional area of the production well of the column.