Газовая турбина для подъёма нефти

005614 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к области нефтедобычи и, в частности, к добыче нефти из глубоких скважин. В соответствии с Международной патентной классификацией (МПК), объект данного изобретения относится к подклассам Е 21 В 4/00 и Е 21 В 43/00, определяющим способы или устройства для получения нефти, газа, воды и растворимых материалов из глубоких скважин. Техническая задача Техническая задача, решению которой посвящено настоящее изобретение, заключается в следующем: как увеличить количество нефти, получаемой в единицу времени из буровых скважин, подверженных заметному уменьшению собственной энергии отложений, и как увеличить процентную долю количества нефти, получаемой из зоны, дренируемой такими буровыми скважинами, одновременно поддерживая управление другими параметрами добычи. Предшествующий уровень техники Использовавшиеся до сих пор способы увеличения добычи в единицу времени и увеличения процентной доли количества нефти, добываемой из нефтеносных отложений, можно разделить на химические, биологические и механические способы. Химические способы предусматривают нагнетание различных химических веществ в нефтеносное отложение для уменьшения вязкости нефти и облегчения ее притока в буровую скважину. Биологические способы предусматривают нагнетание в нефтеносное отложение микроорганизмов,продукты репликации и метаболизма которых увеличивают давление в этом нефтеносном отложении и уменьшают вязкость нефти. Механические способы включают способы укрупнения дренируемой зоны, способы увеличения давления в нефтеносном отложении, а также предусматривают использование устройств для откачивания нефти из буровых скважин. Способы укрупнения дренируемой зоны включают способы осуществления гидравлического разрыва и бурения горизонтальных стволов. Способы увеличения давления в отложении предусматривают добычу путем вытеснения нефти нагнетаемым газом и вытеснения нефти нагнетаемой водой. Устройствами, предназначенными для добычи нефти из буровых скважин, давление в которых является недостаточным для естественного течения, являются следующие: скважинный насос, скважинный центробежный насос, винтовой всасывающий насос, диафрагменный всасывающий насос и газонапорное подъемное устройство, которое может быть устройством непрерывного действия и периодического действия, т.е. может обеспечивать подъем посредством поршня и посредством камеры, и устройство для добычи нефтяной текучей среды из глубоких скважин, см. патент ХорватииР 920143. Недостаток вышеупомянутых решений, включая устройство для добычи нефтяной текучей среды из глубоких скважин,заключается в том, что любое из этих решений, используемых по отдельности, не улучшает динамику добычи или процентную долю количества нефти, получаемой из нефтеносных отложений, с поддержанием управления процессом добычи. Дополнительным недостатком решения, представленного в виде устройства для добычи нефтяной текучей среды из глубоких скважин, являются сложный монтаж и непрерывная работа, а количество нефти, добываемое в единицу времени, при этом мало и ограничено динамическим давлением, формируемым при таком режиме работы без ущерба для нефтеносного отложения. Цель настоящего изобретения заключается в разработке устройства, увеличивающего добычу в единицу времени и процентную долю количества нефти, получаемой из нефтеносного отложения, при использовании очень малой энергии и поддержании управления добычей. Описание решения технической задачи Указанная техническая задача решается с помощью оснащенного газотурбинным приводом устройства для подъема нефти из глубоких скважин. Описание чертежей Ниже в качестве примера осуществления приводится более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее: фиг. 1 представляет схему оснащенного газотурбинным приводом подъемного устройства, соответствующего изобретению; фиг. 2 - основной план газовой турбины; фиг. 3 - поперечное сечение газовой турбины по линии А-А на фиг. 2. Описание решения технической задачи Указанная техническая задача решается с помощью оснащенного газотурбинным приводом устройства для подъема нефти из глубоких скважин. Структурная конструкция оснащенного газотурбинным приводом устройства для подъема нефти обеспечивает деление эксплуатационной колонны или обсадной трубы 1 на две части, соединенные перепускным пакером 11. Над пакером 11 закрепленагазовая турбина 9, а над газовой турбиной 9 закреплена подъемная труба 17. В подъемной трубе 17 над турбиной 9 установлен обратный клапан, а над этим-1 005614 обратным клапаном 16 на трубе 17 установлено оборудование для газонапорного (осуществляемого за счет вытеснения газом) подъема нефтяной текучей среды, состоящее из клапанов 3, 4, 6, 8, имеющих разные давления открывания. Давление открывания клапана 8, следующего после турбины, является наименьшим, а давление каждого последующего клапана больше, чем упомянутое давление. В кольцевой области 18 между подъемной трубой 17 и обсадной трубой 1 находится подводящая труба 2 турбины, прикрепленная к подъемной трубе 17 хомутами 5 и 19. Нижний конец подводящей трубы 2 турбины прикреплен к впускному отверстию 20 ротора газовой турбины 9 с помощью гибкого шланга. Структурное соединение элементов, осуществленное вышеописанным образом, обеспечивает нагнетание газа посредством компрессора по подводящей трубе 2 турбины к впускному отверстию 20 газовой турбины для того, чтобы эта турбина начала вращаться. Газ, нагнетаемый из выпускного отверстия 28 газовой турбины через обратный клапан 10, попадает в кольцевую область 18 между подъемной трубой 17 и обсадной трубой 1. Лопатки 24 турбины обеспечивают вращение ротора 32, который содержит роторный насос 25. Вращение роторного насоса 25, который погружен в нефть, приводит нефть в движение вверх в подъемную трубу 17. Введение газа в кольцевую область 18 вызывает увеличение давления в этой области и открывание нижнего клапана 8, давление открывания которого определяет разность между давлениями во впускном и выпускном отверстиях турбины. Газ попадает через упомянутую область в подъемную трубу 17, смешивается с нефтью и тем самым облегчает подъем этой нефти. Увеличенное давление в кольцевой области 18, создаваемое за счет повышенного уровня нефти в подъемной трубе 17, в свою очередь - при достижении рабочих давлений - открывает вышерасположенные клапаны 6, 4, 3, отрегулированные на более высокие давления открывания, и способствует выпуску потока газа в подъемную трубу 17, делая нефть в ней легче и способствуя подъему этой нефти на поверхность. Во время работы турбины 9 обратный клапан 16 открыт, допуская свободное течение газа вверх. Когда введение газа прекращается, турбина 9 останавливается, а давление нефти, остающейся в подъемной трубе 17, оказывает нажим на обратный клапан 16 и закрывает его. Вращение турбины в процессе ее работы создает подходящее отрицательное давление, которое распространяется на нефтеносное отложение 13. Обратный клапан 16 герметично разделяет зону 12 отрицательного давления и подъемную трубу 17, предотвращая течение нефти обратно в область 12 пониженного давления, расположенную под клапанами, и обеспечивая интенсифицированное течение нефти из нефтеносного отложения 13 в область 12 отрицательного давления. Благодаря значительной разности между давлениями в зоне 12 буровой скважины и соседней области 13, которая ниже, и в области, которая отдалена от буровой скважины, и в которой работа турбины 9 не приводит к заметному уменьшению давления, течение нефти из отдаленных областей в буровую скважину и соседнюю с ней область 12 интенсифицируется и ускоряется. Увеличение давления в области 12 под обратным клапаном, обусловленное притоком нефти из нефтеносного отложения и отдаленных областей во время простоя турбины, и увеличение этого давления до значения,превышающего давление гидростатического столба над обратным клапаном 16, заставляет этот обратный клапан в подъемной трубе 17 открываться и обеспечивать свободный приток нефти через турбину 9 вверх. После выравнивания упомянутых давлений и прекращения роста столба нефти в подъемной трубе 17 газ, введенный по подводящей трубе 2 турбины во впускное отверстие 20 турбины, заставляет турбину 9 работать и вызывает подъем нефти. Этот цикл повторяется. Такая работа турбины 9, обратного клапана 16 и клапанов 3, 4, 6, 8 в случае газонапорного подъемного устройства увеличивает количество нефти, получаемой в единицу времени, и совокупное количество нефти, получаемой из отложений 13,насыщенных жидкими углеводородами, с одновременным поддержанием управления во времени параметрами добычи. Обратный клапан 10 в выпускном отверстии 28 турбины предназначен для того, чтобы предотвращать попадание текучих сред в турбину в процессе заканчивания скважины. Это основное преимущество изобретения. Способ осуществления изобретения Оснащенное газотурбинным приводом подъемное устройство состоит из эксплуатационной колонны или обсадной трубы 1, которая разделена на две секции 12 и 18 перепускным пакером 11. В секции 18 расположена газовая турбина 9, прикрепленная к перепускному пакеру 11 муфтой 14. Подъемная труба 17 прикреплена к газовой турбине 9 посредством муфты 15. В подъемной трубе 17 над турбиной 9 установлен обратный клапан 16. Над этим обратным клапаном 16 на трубе 17 имеются клапаны 3, 4, 6 и 8,установленные один над другим. Параллельно впускной подъемной трубе 17 расположена подводящая труба 2 турбины, которая прикреплена к впускной подъемной трубе 17 стабилизирующими хомутами 5 и 19. Подводящая труба 2 турбины прикреплена к газовой турбине с помощью гибкого шланга 7. Газовая турбина 9 состоит из ротора 32, который имеет лопатки 24 на внешней стороне, и роторного насоса 25 внутри. Ротор 32 турбины 9 заключен в цилиндре 23, на верхней части которого навинчена верхняя головка с имеющимися в ней отверстиями 20 и 35, а на нижней части предусмотрена нижняя головка 30 с имеющимися в ней отверстиями 28 и 29, а также обратный клапан 10, установленный в выпускном отверстии 28 турбины. Ротор 32 введен своей верхней частью с возможностью вращения в подшипник 22,уплотненный уплотнениями 33 вала, а нижней частью - в подшипник 26, уплотненный уплотнениями 27-2 005614 вала. Газовая турбина имеет на своей верхней стороне муфту 15, а на своей нижней стороне - муфту 14. В обсадной трубе 1 газовая турбина прикреплена к обходному пакеру 11 с помощью муфты 14, а к подъемной трубе - с помощью муфты 15. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Газ под давлением нагнетается из компрессора по подводящей трубе 2 турбины, подсоединенной с помощью гибкого шланга 7 к отверстию 20 верхней головки 34, а затем попадает в цилиндр 23 и приводит в движение лопатки 24, которые вращают ротор 32. Роторный насос 25, который погружен в нефть, вращается вместе с ротором 32. 3 а счет собственного вращения ротационный насос 25 приводит нефть в движение из нижней части обсадной трубы(т.е. из области 12) в подъемную трубу 17. Газ покидает цилиндр через отверстие 28 в нижней головке 30 и попадает в кольцевую область 18, которая герметично закупорена на ее верхней и нижней стороне. Увеличение давления газа в кольцевой области 18 открывает клапаны 3, 4, 6, 8. Клапан 8 служит также регулятором разности между давлениями в турбине и в потоке через турбину. Этот клапан отрегулирован на наименьшее давление открывания. Возможное дальнейшее увеличение давления в кольцевой области 18 приведет к поочередному открыванию клапанов 6, 4 и 3. Эти клапаны открываются и закрываются автоматически в зависимости от давлений открывания, на которые они отрегулированы. Открывание клапанов таким образом обеспечивает попадание газа из кольцевой области 18 в подъемную колонну 17, а также подъем нефти и уменьшение давления нефти,оказывающее влияние на газовую турбину 9 и роторный насос 25. Газовая турбина 9 начинает вращаться быстрее и поднимать большее количество нефти. Когда подвод газа через подводящую трубу 2 турбины прекращается, турбина 9 моментально прекращает работать. Обратный клапан 16, который был открыт во время работы турбины, закрывается благодаря давлению гидростатического столба в подъемной трубе 17, герметично разделяя область 12 низкого давления, создаваемого за счет работы турбины 9, от верхней части подъемной трубы 17. Благодаря разности давлений нефть течет из отдаленных частей отложения в область 12 пониженного давления, создаваемого за счет работы турбины. Через некоторое время благодаря притоку нефти в область 12 пониженного давления давление в этой области 12 увеличивается, и если оно превышает давление гидростатического столба в подъемной трубе 17, то обратный клапан 16 открывается и обеспечивает свободное течение нефти через турбину 9. Когда в турбину 9 снова вводят газ, эта турбина 9 начинает работать, и цикл повторяется. Обратный клапан 10 в выпускном отверстии 28 турбины предотвращает попадание текучей среды в турбину в процессе заканчивания скважины. Промышленная применимость изобретения Это изобретение предназначено для увеличения добычи жидкостей из геологических отложений, в которых эти жидкости заключены, например, для добычи нефти или воды из глубоких скважин, в частности, в случаях частичного истощения отложений, при котором из-за низкого давления в отложении естественное течение утрачивается. Изобретение имеет целью увеличение количества нефти, получаемой из отложения в единицу времени, и увеличение процентной доли совокупного количества нефти, получаемой из отложения, с потреблением наименьшей возможной энергии. Заявление технического решения в соответствии с этим изобретением предусматривает обычные процедуры, оборудование и материалы при условии, что квалификация обслуживающего персонала дополнительно повышена путем обучения управлению упомянутым оборудованием и обращению с ним. Меры техники безопасности в данном случае являются стандартными и не опасными для окружающей среды. Это решение обеспечивает периодическую работу турбины с вращением на высокой скорости, что приводит к добыче большого количества нефти за короткий период времени и к созданию в областях буровой скважины низкого давления, распространяющегося на нефтеносное отложение. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство, оснащенное газотурбинным приводом, для подъема нефти, предназначенное для увеличения добычи нефти в единицу времени и процентной доли количества нефти, получаемой из нефтеносного отложения (13), в частности, из буровых скважин, подверженных заметному уменьшению собственной энергии отложений, установленное в эксплуатационной колонне или обсадной трубе (1),содержащей подъемную трубу (17), перепускной пакер (11), клапаны (3), (4), (6), (8), обратные клапаны(16, 10), турбину (9), муфты (14, 15), хомуты (5), (19), трубу (2), гибкий шланг (7), отличающееся тем,что оно содержит секции (12) и (18), разделенные перепускным пакером (11), при этом газовая турбина(3), (4), (6), (8) прикреплена к турбине посредством муфты (15), а обратный клапан (16) установлен над турбиной (9) и под клапаном (8) в подъемной трубе (17), подводящая труба (2) турбины закреплена вдоль подъемной трубы (17) с помощью стабилизирующих хомутов (5), (19) и оканчивается в гибком шланге(7), входящем в газовую турбину (9) в верхней головке, тогда как обратный клапан (10) установлен в выпускном отверстии (28) турбины.-3 005614 2. Устройство для подъема нефти по п.1, отличающееся тем, что перепускной пакер (11) и обратный клапан (16) герметично разделяют секции (12) и (18). 3. Устройство для подъема нефти по п.1, отличающееся тем, что подводящая труба (2) турбины закреплена вдоль подъемной трубы (17) с помощью стабилизирующих хомутов (5), (19) и оканчивается в гибком шланге (7), соединенном с турбиной (9) в отверстии (20) верхней головки. 4. Устройство для подъема нефти по п.1, отличающееся тем, что обратный клапан (10) установлен в выпускном отверстии турбины, предотвращая попадание текучей среды в турбину в процессе заканчивания скважины. 5. Устройство для подъема нефти по п.1, отличающееся тем, что обратный клапан (16), предотвращающий возврат нефти через турбину (9) в область (12), установлен в подъемной трубе выше турбины(9) и ниже клапана (8). 6. Устройство для подъема нефти по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью регулирования значений разности между давлениями открывания системы клапанов (3), (4), (6), (8) на подъемной трубе (17) следующим образом: давление открывания клапана (8), следующего после турбины (9), будет наименьшим, давление открывания клапана (6) будет больше, чем давление открывания клапана (8), давление открывания клапана (4) будет больше, чем давление открывания клапана (6), а давление открывания клапана (3) будет больше, чем давление открывания клапана (4). 7. Устройство для подъема нефти по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью регулирования значения давления открывания клапана (8), следующего после турбины (9), в условиях постоянного давления газа, нагнетаемого с поверхности, которое обеспечивает регулирование разности между давлениями во впускном и выпускном отверстиях турбины, и с возможностью регулирования течения через клапан (8), которое обеспечивает регулирование течения газа через турбину (9) в единицу времени. 8. Устройство для подъема нефти по п.1, отличающееся тем, что помимо непрерывной работы оно выполнено с возможностью периодической работы, вследствие чего обеспечена возможность работы турбины (9) при высокой скорости вращения роторного насоса (25), что приводит к большому количеству нефти, поднимаемой за короткий период времени, и формированию области (12) отрицательного давления, распространяющегося на части пласта, находящегося рядом с буровой скважиной, после окончания работы турбины и закрытия обратного клапана (16), отделяющего область (12) от подъемной трубы(17). 9. Устройство для подъема нефти по п.1, отличающееся тем, что роторный насос (25) закреплен в ротор (32) турбины (9) путем посадки шнека в охлажденном состоянии. 10. Устройство для подъема нефти по п.1, отличающееся тем, что оно предназначено для добычи жидкостей из геологических отложений, в которых эти жидкости заключены, и давление в которых является недостаточным для естественного течения.