RU2102583C1

RU2102583C1 - Device for recovering oil from horizontal wells

Info

Publication number: RU2102583C1
Application number: RU95120428A
Authority: RU
Inventors: В.А. Чесноков; И.В. Чеснокова
Original assignee: Внедренческий научно-исследовательский инженерный центр "Нефтегазтехнология"
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 1998-01-20

Abstract

FIELD: oil production industry. SUBSTANCE: this ensures oil recovery from horizontal wells with low bed pressure and low level of liquid in well. Device has pumping-out unit which can be lowered into horizontal part of well. Body of device is made of flexible material and is provided with rope for its lowering into well. Body is provided with non-return valve, settler pipe and pusher pipe. Pumping-out unit is housed in body of outer diameter close to diameter of well. Length of body is equal to length of horizontal part of well and it can float in liquid which fills horizontal part of well. EFFECT: high efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Прелагаемое изобретение относится к эксплуатации горизонтальных нефтяных скважин, а именно к устройствам для добычи нефти. The proposed invention relates to the operation of horizontal oil wells, and in particular to devices for oil production.

Известно устройство для добычи нефти из скважин в виде электрического центробежного погружного насоса [1] Насос спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах под уровень жидкости. Электропитание подается по специальному силовому кабелю. При подключении питания ротор насоса начинает вращаться, всасывая жидкость из скважины и закачивая ее в насосно-компрессорные трубы, по которым она поднимается на поверхность. Электронасос имеет высокую производительность, но требует значительной заглубки под уровень жидкости и в скважинах низкодебитных применения не имеет. A device for producing oil from wells in the form of an electric centrifugal submersible pump [1] The pump is lowered into the well on tubing under the liquid level. Power is supplied through a special power cable. When the power is turned on, the pump rotor begins to rotate, sucking fluid from the well and pumping it into the tubing, through which it rises to the surface. The electric pump has high productivity, but it requires a significant depth under the liquid level and has no low-rate application in wells.

Известно устройство для добычи нефти из скважин в виде штангового глубинного насоса [2] Насос состоит из плунжера с клапаном и гильзы. Плунжер приводится в движение с помощью штанг и станка-качалки. Насос применяется для откачки нефти из низкодебитных скважин, в том числе и из горизонтальных, однако при этом насос может находиться только в вертикальной или незначительно искривленной части скважины, так как при больших (40^o и более) углах искривления происходит быстрый износ штанг, что приводит к их обрыву.A device for producing oil from wells in the form of a sucker rod pump [2] The pump consists of a plunger with a valve and a sleeve. The plunger is driven by rods and a rocking machine. The pump is used to pump oil from low-production wells, including horizontal ones, however, the pump can only be located in the vertical or slightly curved part of the well, since at large (40 ^o or more) curvature angles, rod wear quickly occurs, which leads to to their cliff.

Известно устройство для добычи нефти, представляющее собой гидроприводную насосную установку [3] прототип. Устройство содержит спускаемый в скважину на насосно-компрессорных трубах поршневой насос с двигателем, который приводится в действие давлением столба рабочей жидкости, нагнетаемой в трубы с помощью наземного насоса. Межтрубное пространство между стенкой обсадной колонны и корпусом насоса перекрывают пакером. Под воздействием давления столба рабочей жидкости, нагнетаемой в насосно-компрессорные трубы, поршень двигатель совершает возвратно-поступательные движения, одновременно перемещая поршень насоса. При этом насос всасывает жидкость из нижней части скважины и прокачивает ее по межтрубному пространству на поверхность. Гидропоршневые насосы нашли широкое применение в глубоких и высокодебитных скважинах, т.к. могут развивать достаточно высокое давление при большой скорости перемещения поршня насоса. Однако в горизонтальных скважинах, пробуренных в безнапорных пластах, где нефть притекает к горизонтальному стволу только под действием гравитации, применение гидропоршневых насосов недостаточно эффективно, т. е. требует их периодического отключения для заполнения ствола скважины нефтью. Кроме этого недостатка, поршневой насос требует, как и другие типы насосов, заглубки под уровень жидкости, т.к. снижение уровня ниже приема насоса быстро выводит его из строя. A device for oil production, which is a hydraulic pumping unit [3] prototype. The device comprises a piston pump lowered into a well on tubing by an engine, which is driven by the pressure of a column of working fluid pumped into the pipes by means of a ground pump. The annular space between the casing wall and the pump casing is blocked by a packer. Under the influence of the pressure of the working fluid column pumped into the tubing, the piston engine makes reciprocating movements while moving the pump piston. In this case, the pump draws in liquid from the lower part of the well and pumps it along the annulus to the surface. Hydraulic piston pumps are widely used in deep and high-yield wells, as can develop a sufficiently high pressure at a high speed of movement of the piston of the pump. However, in horizontal wells drilled in pressureless formations, where oil flows to the horizontal wellbore only under the influence of gravity, the use of hydraulic piston pumps is not effective enough, i.e., it requires periodic shutdown to fill the wellbore with oil. In addition to this drawback, a piston pump requires, like other types of pumps, a deep hole for the liquid level, because lowering the level below the intake of the pump quickly destroys it.

Техническим результатом изобретения является создание устройства, обеспечивающего добычу нефти из горизонтальных скважин, имеющих низкое пластовое давление и низкий уровень жидкости в скважине. The technical result of the invention is to provide a device for oil production from horizontal wells having a low reservoir pressure and a low level of fluid in the well.

Необходимый технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство содержит откачивающий агрегат, выполненный с возможностью спуска в горизонтальную часть скважины. Устройство снабжено корпусом из гибкого материала и канатом для спуска корпуса. Корпус выполнен с обратным клапаном, трубой-отстойником и трубой-толкателем. Внутри корпуса помещен откачивающий агрегат. Корпус имеет наружный диаметр близкий диаметру ствола скважины, длину, равную длине горизонтальной части скважины, и выполнен с возможностью всплытия в жидкости, заполняющей горизонтальную часть скважины. Обратный клапан выполнен управляемым и обеспечивает открытие и закрытие входного отверстия корпуса с заданной частотой. В качестве откачивающего агрегата используют насосно-компрессорную трубу, или электрический погружной насос с насосно-компрессорной трубой, или плунжер, спускаемый в корпус на канате. The required technical result is achieved by the fact that the proposed device contains a pumping unit configured to be lowered into the horizontal part of the well. The device is equipped with a housing made of flexible material and a rope for lowering the housing. The housing is made with a check valve, a settling pipe and a pusher pipe. A pumping unit is placed inside the housing. The body has an outer diameter close to the diameter of the wellbore, a length equal to the length of the horizontal part of the well, and is configured to float in the fluid filling the horizontal part of the well. The non-return valve is made controllable and provides the opening and closing of the inlet of the housing with a given frequency. As a pumping unit, a tubing is used, or an electric submersible pump with a tubing, or a plunger lowered into the housing on a rope.

Сопоставительный анализ существенных признаков предложенного устройства и прототипа показал, что заявленное устройство отличается от известного следующими признаками:
устройство снабжено корпусом из гибкого материала и канатом для спуска корпуса в скважину;
корпус выполнен с обратным клапаном, трубой-отстойником и трубой-толкателем;
откачивающий агрегат помещен внутри корпуса;
корпус имеет наружный диаметр, близкий диаметру ствола скважин, длину, равную длине горизонтальной части скважины;
корпус выполнен с возможностью всплытия в жидкости, заполняющей горизонтальную часть скважины;
клапан выполнен управляемым и обеспечивает открытие и закрытие входного отверстия корпуса с заданной частотой;
в качестве откачивающего агрегата используют насосно-компрессорную трубу, или электрический погружной насос с насосно-компрессорной трубой, или плунжер, спускаемый в корпус на канате.A comparative analysis of the essential features of the proposed device and the prototype showed that the claimed device differs from the known following features:
the device is equipped with a housing of flexible material and a rope for lowering the housing into the well;
the housing is made with a check valve, a settling pipe and a pusher pipe;
the pumping unit is placed inside the housing;
the body has an outer diameter close to the diameter of the wellbore, a length equal to the length of the horizontal part of the well;
the body is configured to float in the fluid filling the horizontal part of the well;
the valve is made controllable and provides the opening and closing of the inlet of the housing with a given frequency;
as a pumping unit use a tubing, or an electric submersible pump with a tubing, or a plunger, lowered into the housing on the rope.

В связи с тем, что устройство снабжено корпусом из гибкого материала и канатом для спуска в скважину, а корпус выполнен с обратным клапаном, трубой-отстойником и трубой-толкателем, имеет наружный диаметр близкий диаметру ствола скважины, длину, равную длине горизонтальной части скважины и выполнен с возможностью всплытия в жидкости, заполняющей горизонтальную часть скважины, обеспечивается его спуск и перемещение в горизонтальном стволе до забоя скважины. После достижения забоя скважины обеспечивается его заполнение и последующей подъем к устью скважины. При этом выполнение корпуса с возможностью всплытия в жидкости, заполняющей горизонтальную часть скважины, позволяет существенно уменьшить силу трения корпус о стенку скважины, что позволяет исключить непроизводительный спуско-подъем груза, необходимого для проталкивания корпуса к забою скважины. Наличие откачивающего агрегата, помещенного внутри корпуса и выполненного в виде насосно-компрессорной трубы, или электрического погружного насоса, или плунжера, спускаемого и в корпус на канате, позволяет производить откачку нефти из внутренней полости корпуса на поверхность. Наличие трубы-отстойника позволяет накапливать в ней выносимые из скважины твердые примеси с последующим выбросом их в отвал, что способствует очистке фильтра и в конечном счете повышению дебита скважины. Выполнение обратного клапана управляемым и открытие-закрытие с его помощью входного отверстия корпуса с заданной частотой позволяет генерировать гидроимпульсы с заданной частотой, способствующие открытию пор и выносу из пласта засоряющих его механических частиц, что также способствует повышению дебита скважины. Due to the fact that the device is equipped with a housing of flexible material and a rope for lowering into the well, and the housing is made with a check valve, a settling pipe and a pusher pipe, has an external diameter close to the diameter of the wellbore, a length equal to the length of the horizontal part of the well and made with the possibility of surfacing in the fluid filling the horizontal part of the well, provided its descent and movement in a horizontal well to the bottom of the well. After reaching the bottom of the well, its filling and subsequent rise to the wellhead is ensured. Moreover, the execution of the body with the possibility of surfacing in the fluid filling the horizontal part of the well, can significantly reduce the friction force of the body against the wall of the well, which eliminates unproductive tripping of the load necessary to push the body to the bottom of the well. The presence of a pumping unit placed inside the housing and made in the form of a tubing, or an electric submersible pump, or a plunger that is lowered into the housing on a rope, allows oil to be pumped from the internal cavity of the housing to the surface. The presence of a settling pipe allows it to accumulate solid impurities carried out from the well, followed by their discharge into the dump, which helps to clean the filter and ultimately increase the flow rate of the well. Making the check valve controlled and opening-closing with it the body inlet with a given frequency allows generating hydraulic pulses with a given frequency, which facilitates the opening of pores and the removal of mechanical particles clogging it from the formation, which also helps to increase the flow rate of the well.

Предлагаемое устройство в его оптимальном варианте, а именно с использованием в качестве откачивающего агрегата электрического погружного насоса, показано на фиг. 1 и 2 соответственно при подъеме на устье и при спуске на забой горизонтальной скважины. The proposed device in its optimal embodiment, namely, using an electric submersible pump as a pumping unit, is shown in FIG. 1 and 2, respectively, when climbing to the mouth and when lowering to the bottom of a horizontal well.

Устройство содержит корпус 1, выполненный в виде трубы диаметра, близкого диаметру ствола скважины. В нижней части корпуса 1 имеется обратный клапан 2, обеспечивающий заполнение нефтью внутренней полости корпуса 1 при спуске его в горизонтальный ствол и удержание нефти в корпусе при подъеме, на устье скважины. На нижней части корпуса 1 закреплена труба-отстойник 3, предназначенная для накопления механических взвесей, осаждающихся из нефти, заполняющей корпус 1, и исключения возможности засорения приема насоса осадком. Верхняя часть корпуса 1 соединена с трубой-толкателем 4, обеспечивающим проталкивание корпуса 1 в горизонтальный ствол скважины. Внутри корпуса 1, в его нижней части размещен электрический погружной насос 5, соединенный с насосно-компрессорной трубой 6, которая проходит внутри корпуса 1 и трубы толкателя 4 и оканчивается в верхней части отверстием 7, к которому на устье скважины подсоединяется нефтяная линия. Электрическое питание к насосу 5 подается по проводу 8, оканчивающемуся в верхней части штепсельным разъемом 9, предназначенным для подсоединения к электросети на устье скважины. В скважину устройство спускают на каротажном кабеле 10. Корпус 1 выполнен из легких, гибких труб, например, из пластмассовых труб, которые беспрепятственно проходят через искривленную часть скважины и всплывают в жидкости в горизонтальном стволе, снижая силу трения о стенку скважины. Труба-толкатель 4 и насосно-компрессорная труба 6 выполнены из металла, первая более толстостенная (для обеспечения необходимой массы и соответственно усилия проталкивания корпуса 1 в горизонтальный ствол), а вторая тонкостенная (для обеспечения эффективной откачки нефти из корпуса 1). The device comprises a housing 1, made in the form of a pipe of a diameter close to the diameter of the wellbore. In the lower part of the casing 1 there is a check valve 2, which ensures that the internal cavity of the casing 1 is filled with oil when it is lowered into the horizontal wellbore and the oil is retained in the casing when lifting, at the wellhead. On the lower part of the housing 1, a settling pipe 3 is fixed, designed to accumulate mechanical suspensions deposited from the oil filling the housing 1, and to eliminate the possibility of clogging of the pump intake by sediment. The upper part of the housing 1 is connected to the pipe-pusher 4, providing pushing the housing 1 into the horizontal wellbore. Inside the housing 1, in its lower part there is an electric submersible pump 5 connected to the tubing 6, which passes inside the housing 1 and the pusher pipe 4 and ends in the upper part with a hole 7 to which an oil line is connected at the wellhead. Electrical power to the pump 5 is supplied through a wire 8 ending in the upper part with a plug connector 9, intended for connection to the mains at the wellhead. The device is lowered into the well on a wireline cable 10. Housing 1 is made of light, flexible pipes, for example, plastic pipes, which freely pass through the curved part of the well and float in the fluid in the horizontal well, reducing friction against the well wall. Pusher pipe 4 and tubing 6 are made of metal, the first is thicker-walled (to provide the necessary mass and, accordingly, the force of pushing the housing 1 into the horizontal barrel), and the second thin-walled (to ensure efficient pumping of oil from the housing 1).

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

В скважину последовательно спускают, соединяя между собой, трубу-отстойник 3, корпус 1 и трубу-толкатель 4. Внутрь трубы-толкателя 4 и корпуса 1 спускают на насосно-компрессорной трубе 6 насос 5 с проводом электропитания 8. Подвешивают всю сборку на канате 10 и спускают в скважину. При достижении искривленной части скважины труба-отстойник упирается в нижнюю стенку скважины и под действием усилия, развиваемого весом трубы-толкателя, соскальзывает как по наклонной плоскости, переходя из искривленного ствола в горизонтальный ствол скважины. Далее за трубой-отстойником 3 соскальзывает также корпус 1, и устройство достигает забоя скважины (фиг.2). При этом передвижение корпуса 1 с трубой-отстойником 3 в горизонтальном стволе облегчается за счет того, что они всплывают в жидкости в связи с тем, что внутренняя полость их не успевает заполниться нефтью при достижении забоя скважины. Под давлением жидкости в скважине обратный клапан 2 открывается и нефть заполняет внутреннюю полость корпуса 1. После заполнения корпуса 1 начинают подъем устройства. При этом по мере перехода корпуса 1 в вертикальный ствол скважины высота уровня жидкости 11 над клапаном 2 увеличивается, и под ее давлением клапан 2 закрывается. Устройство поднимают до устья скважины. Подсоединяют к отверстию 7 нефтяную линию и подключают к электросети штепсельный разъем 9. Насос всасывает нефть из корпуса 1 и по насосно-компрессорной трубе 6 подает в нефтяную линию. После полной откачки нефти из корпуса 1 отсоединяют штепсельный разъем 9 от электросети, отсоединяют нефтяную линию от отверстия 7, устройство вновь спускают в горизонтальный ствол до забоя скважины и повторяют все перечисленные операции. Выпадающие в осадок из нефти механические примеси 12 при подъеме устройства на устье скважины скапливаются в отстойнике 3 и могут быть удалены при необходимости после заполнения всей емкости отстойника. The well is sequentially lowered, interconnecting, the sump pipe 3, the housing 1 and the pusher pipe 4. Inside the pusher 4 and the housing 1 are lowered on the tubing 6 by a pump 5 with a power cable 8. Suspend the entire assembly on the cable 10 and lowered into the well. When the curved part of the well is reached, the settling pipe abuts against the bottom wall of the well and, under the action of the force developed by the weight of the pusher, slides off along an inclined plane, passing from the curved bore to the horizontal well bore. Further, the housing 1 also slides behind the settling pipe 3, and the device reaches the bottom of the well (figure 2). In this case, the movement of the housing 1 with the settling pipe 3 in the horizontal well is facilitated by the fact that they float in the liquid due to the fact that their internal cavity does not have time to fill with oil when the bottom of the well is reached. Under the pressure of the fluid in the well, the check valve 2 opens and oil fills the internal cavity of the housing 1. After filling the housing 1, the device begins to rise. In this case, as the housing 1 passes into the vertical wellbore, the height of the liquid level 11 above the valve 2 increases, and under its pressure, the valve 2 closes. The device is raised to the wellhead. An oil line is connected to the hole 7 and a power connector 9 is connected to the mains. The pump draws oil from the housing 1 and delivers it to the oil line through the tubing 6. After complete pumping of oil from the housing 1, disconnect the plug connector 9 from the mains, disconnect the oil line from the hole 7, the device is again lowered into the horizontal well until the bottom of the well and all of the above operations are repeated. The mechanical impurities 12 precipitated from oil during the lifting of the device at the wellhead accumulate in the sump 3 and can be removed if necessary after filling the entire tank of the sump.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков заявляемого технического решения необходима и достаточна для получения нового качества, а именно: добычи нефти из горизонтальных скважин и безнапорных пластов. Thus, the proposed combination of features of the proposed technical solution is necessary and sufficient to obtain a new quality, namely: oil production from horizontal wells and pressureless formations.

Обратный клапан 2 может быть выполнен управляемым. При этом в момент погружения под уровень жидкости он периодически с заданной частотой перекрывает доступ жидкости внутрь корпуса 1. В результате вырабатываются гидроимпульсы с заданной частотой, которые открывают поры пласта и способствуют их очистке от закупоривающих механических частиц, попавших в пласт при бурении или сформировавшихся в пласте, что улучшает проницаемость пласта и в конечном счете увеличивает дебит скважины. Check valve 2 can be made controllable. Moreover, at the moment of immersion under the fluid level, it periodically with a predetermined frequency blocks the fluid access into the housing 1. As a result, hydraulic pulses are generated with a given frequency, which open the pores of the formation and facilitate their cleaning from clogging mechanical particles that entered the formation during drilling or formed in the formation , which improves the permeability of the reservoir and ultimately increases the flow rate of the well.

Преимущество предложенного устройства по сравнению с известными заключается в том, что оно позволяет добывать нефть из горизонтальных скважин и безнапорных пластов, где нефть притекает к стволу скважины только под действием гравитации. The advantage of the proposed device compared to the known ones is that it allows oil to be extracted from horizontal wells and pressureless formations, where oil flows to the wellbore only under the influence of gravity.

Устройство промышленно применимо, так как просто в изготовлении и может быть реализовано практически в условиях любого нефтепромысла. The device is industrially applicable, as it is easy to manufacture and can be implemented in almost any oil field.

Claims

1. A device for oil production from horizontal wells, including a pumping unit made with the possibility of descent into the horizontal part of the well, characterized in that it is equipped with a housing made of flexible material and a rope for lowering the housing, made with a non-return valve, sump pipe and pipe a pusher, and the pumping unit is placed in the housing, while the latter has an outer diameter close to the diameter of the borehole, a length equal to the length of the horizontal part of the well, and is configured to float in the fluid and filling the horizontal part of the well.

2. The device according to p. 1, characterized in that the non-return valve is made controllable and provides the opening and closing of the inlet of the housing with a given frequency.

3. The device according to p. 1, characterized in that as the pumping unit use a tubing, or an electric submersible pump with a tubing, or a plunger, lowered into the housing on the rope.