Способ автоматизированного внутрипромыслового сбора и транспорта продукции нефтяных скважин

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в системах внутрипромыслового сбора и транспорта нефти и нефтяного газа. Целью изобретения является повышение эффективности работы системы нефтегазосбора в динамических условиях эксплуатации за счет исключения комбинации смешения потоков продукции, не отвечающих заданным условиям работы отрезков коллекторов нефтегазосборной сети. Для этого дополнительно контролируют параметры потоков продукции, выходящих с технологических установок нефтепромысловых объектов, в том числе потоков пластовой воды с установок предварительного сброса пластовой воды, и потоков продукции, транспортируемых по отрезкам коллекторов нефтегазосборной сети с помощью блоков управления с блоками памяти, содержащими программу распределения подводимых к технологическим узлам потоков продукции, и при отклонении параметров от заданных значений, в том числе при изменении сорта продукции, распределяют эти потоки по отходящим от объекта отрезкам коллекторов с учетом результатов распределения потоков, транспортируемых по выкидным линиям скважин, в соответствии с допустимыми комбинациями смешения потоком, отвечающими заданным условиям работы отрезков коллекторов нефтегазосборной сети. 3 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в системах внутрипромыслового сбора и транспорта нефти и нефтяного газа. Целью изобретения является повышение эффективности внутрипромыслового сбора и транспорта продукции скважин за счет адаптации системы нефтегазосбора к динамическим условиям ее эксплуатации за счет исключения комбинаций смешения потоков продукции/ не отвечающих заданным условиям работы отрезков коллекторов нефтегазосборной сети. Сущность технического решения состоит в том/ что в нефтегазосборной сети контролируют и управляют процессом смешения потоков продукции с различными собственными характеристиками во всех многочисленных точках смешения потоков системы/ исключая тем самым неблагоприятные условия эксплуатации элементов системы сбора. Управления процессом смешения потока состоит в следующем. Если к технологическому узлу нефтепромыслового объекта/ оборудованному распределительной трубопроводной обвязкой/ подводится несколько потоков продукции с различными собственными характеристиками по нескольким входящим трубопроводам/ а отводится два потока по двум трубопроводам/ то характеристики отводимых от объекта потоков продукции зависят от реализованной комбинации распределения подводимых потоков по выходящим трубопроводам. Если показатель R/ принятый в качестве характеристики потоков продукции/ отвечает при смешении правилу аддитивности/ то его величина для каждого отводимого потока продукции может быть определена выражением R₁= ; χ¹_i = R₂= ; χ²_i = S₁ и S₂⊂ S; S = (1,2,3,...,n), R_i≠ q_i где R₁ и R₂ - характеристики потоков/ отводимых от нефтепромыслового объекта соответственно по первому и второму выходящим трубопроводам/ R_i и q_i - соответственно характеристика и расход i-го подводимого к технологическому узлу потока продукции; χ¹_i, χ²_i- коэффициенты/ характеризующие подключение i-го подводимого потока продукции соответственно к первому и второму выходящим трубопроводам; S₁ и S₂ - подмножества группы входящих потоков продукции/ подключенных соответственно к первому и второму выходящим трубопроводам; S - множество всех подводимых к технологическому узлу потоков продукции. Подводимые к технологическому узловому пункту потоки продукции в силу специфики разработки месторождения и работы системы нефтегазосбора различны по производительности и величине показателя R_i/ например по обводненности продукции. Поэтому можно составить комбинацию распределения подводимых потоков по двум отходящим трубопроводам/ при которой неблагоприятные условия работы отходящих трубопроводов/ соответствующие определенным значениям показателей R₁ и R₂/ будут ослаблены или исключены. Эта комбинация распределения и смешения подводимых потоков должна соответствовать таким отводимым от объекта потокам продукции/ которые с учетом имеющихся ограничений наиболее отвечают по характеристике R требованиям/ определяемым выражениемдля первого варианта регламентации R_a> (R₁,R₂) > R_б;
для второго варианта регламентации
R_a< (R₁,R₂) < R_б, (2)
где R_a и R_б - границы/ разделяющие предпочтительный и нежелательный интервалы изменения значений показателей/ R_б>R_а. Например/ зависимость вязкости водонефтяной имульсии от содержания в ней воды имеет характерный вид/ представленный на фиг. 1. Анализ кривой этой зависимости позволяет выделить на шкале обводненности три области. Первая и третья области характеризуются сравнительно небольшим изменением величины вязкости водонефтяных эмульсий/ которое существенно не влияет на изменение гидродинамики потока в трубопроводах системы сбора. Во второй области вязкость эмульсий может возрасти на несколько порядков по сравнению с вязкостью безводной нефти/ что уже существенным образом скажется на изменениях гидравлических характеристик потоков. Очевидно/ что эксплуатацию систем сбора целесообразнее осуществлять в первой и третьей областях/ исключив путем распределения продукции в системе потоки/ соответствующие второй области. Для большинства нефтей ориентировочно первой области соответствует интервал обводненности 0-50% / а третьей 80-100% . Следовательно в выражении (2) для первого варианта регламентации можно принять R_б= 80% / R_a=50% . Для определения искомой комбинации распределения подводимых к технологическому узлу потоков продукции по отходящим от нефтепромыслового объекта отрезкам коллекторов первоначально все входящие потоки продукции с помощью запорно-переключающей арматуры распределяют по выходным коллекторам/ исходя из условия относительно равномерной их загрузки с учетом пропускной способности (или допустимого перепада давления). Затем определяют значения R₁ и R₂ и производят проверку на соответствие условию (2). Если условие (2) не выполняется/ то значения R_i в каждой группе потоков соответствующего выходного отрезка коллектора условно располагают упорядоченно по величине R_i/ выделяют потоки с экстремальными значениями параметра R_i и переключают эти потоки последовательно из одной группы в другую до получения максимального соответствия условию (2) с учетом ограничений по пропускной способности (или перепаду рабочих давлений) отрезков коллекторов. Значения R₁ и R₂/ соответствующте полученной комбинации смешения и распределения/ принимаются в качестве заданных R_1зад и R_2зад. В процессе эксплуатации нефтегазосборной сети на каждом нефтепромысловом объекте производится периодическая проверка на соответствие текущих значений R₁ и R₂ заданным значениям и при обнаружении отклонений вновь осуществляется определение потоков с экстремальными значениями R_i и перераспределение их по выходным отрезкам коллекторов до получения максимального соответствия условию (2) с учетом ограничений по загрузке (или перепаду давления) отрезков коллекторов. При этом устанавливаются новые заданные значения R_1зад и R_2зад для последующей работы. Другая особенность технического решения состоит в том/ что нефтепромысловые объекты системы нефтегазосбора соединены между собой отрезками коллекторов так/ что выходы отрезков являются одновременно входами объектов/ а выходы объектов - входами отрезков коллекторов. При таком конструктивном исполнении в нефтегазосборной сети отсутствуют отдельно расположенные/ трудно контролируемые узловые пункты трубопроводных соединений/ и аварийное нарушение на любом отрезке коллектора сети характеризуется изменением перепада давления (или изменением расхода) на нем/ которое может быть измерено средствами нефтепромысловых объектов. Эта особенность позволяет оперативно обнаружить возникновение аварийных и предаварийных ситуаций и определить/ на каком отрезке коллектора произошло нарушение. На фиг. 1 представлен график зависимости вязкости водонефтяной эмульсии от содержания в ней воды; на фиг. 2 - технологическая схема системы нефтегазосбора для осуществления способа; на фиг. 3 - схема обвязки технологического узла на нефтепромысловом объекте системы нефтегазосбора. Автоматизированная система нефтегазосбора для реализации способа (см. фиг. 2) включает в себя выкидные линии 1 скважин/ нефтепромысловые объекты 2/ конечный пункт 3 сбора продукции/ парные отрезки коллекторов 4 нефтегазосборной сети. Нефтепромысловый объект 2 содержит технологический узел 5/ пункт 6 контроля и управления нефтепромысловым объектом и/ если это предусмотрено технологией нефтегазосбора данной системы/ группу промысловых технологических установок 7. Группа технологических установок в зависимости от реализуемой на данный момент времени технологической схемы может включать в себя различные технологические установки/ например сепарационную установку/ насосную станцию/ установку предварительного сброса воды/ установкуу подогрева/ узел бригадного учета нефти и т.д. Конечный пункт 3 сбора продукции содержит технологический узел 8 конечного пункта/ группу 9 технологических установок конечного пункта сбора и пункт 10 контроля и управления конечным пунктом сбора продукции/ являющийся одновременно центральным пунктом контроля и управления всей автоматизированной системой. Отрезки коллекторов 4 соединяют нефтепромысловые объекты 2 и конечный пункт 3 сбора продукции так/ что в образуемой ими нефтегазосборной сети пункты соединений отрезков коллекторов совмещены с технологическими узлами 5 объектов 2. При этом отдельно расположенные (вне территории объектов 2) узловые пункты соединений отрезков коллекторов в нефтегазосборной сети предполагаемой системы отсутствуют. Пункты 6 контроля и управления нефтепромысловыми объектами 2 связаны линиями связи 11 с центральным пунктом 10 контроля и управления системой. На фиг. 3 приведен вариант обвязки технологического узла 5 в случае использования на нефтепромысловом объекте 2 в составе группы технологических установок 7 установки предварительного сброса пластовой воды. Технологический узел 5 при этом состоит из трубопроводных линий 12/ 13 и 14/ к которым через устройство 15 измерения параметров потоков и запорно-переключающую арматуру 16 подключены следующие трубопроводы:
входные по отношению к нефтепромысловому объекту отрезки коллекторов 4 нефтегазосборной сети/ подсоединенные к технологическомц узлу 5 в точках 17;
выкидные линии 1 скважин;
выходные по отношению к нефтепромысловому объекту отрезки коллекторов 4 нефтегазосборной сети/ подсоединенные к технологическому узлу 7 в точках 18;
трубопровод 19 отбора продукции на установку 20 предварительного сброса пластовой воды;
трубопровод 21 возврата продукции в технологический узел 5 после предварительного сброса пластовой воды;
трубопровод 22 частичного возврата пластовой воды в технологический узел 5 после предварительного сброса воды. Технологический узел 7 выполнен с возможностью увеличения или сокращения числа трубопроводных линий 12/ 13 и 14 и входных и выходных трубопроводов 1/ 4/ 19/ 22 и 21. Установка 20 предварительглшл сброса пластовой воды/ помимо трубопроводов 19/ 22 и 21/ соединяющих ее с технологическим узлом 5/ имеет ввыходнной трубопровод 23 для отвода части пластовой воды на утилизацию/ например в системе ППД. Устройства 15 измерения параметров потоков оборудованы средствами контроля рабочего давления/ расхода и состава продукцции в потоке. Исполнительные механизмы запорно-переключающей арматуры 16 и устройства 15 измерения параметров потоков технологического узла 5 подключены с помощью проводных линий связи 24 к блоку управления 25 пункта контроля и управления нефтепромысловым объектом 2. К блоку управления 25 подключены также исполнительные механизмы запорно-переключающей арматуры и средства управления установки предварительного сброса пластовой воды. Если в составе нефтепромыслового объекта не предусмотрена группа технологичесеких установок 20/ то трубопроводная линия 12 в технологическом узле 5 и трубопроводы 19/ 22 и 21 в обвязке объекта могут быть исключены. К блоку управления 25 подключено устройство связи 26 с центральным пунктом 10 контроля и управления автоматизированной системой и блок памяти 27/ содержащий программу контроля параметров потоков при текущих комбинациях смешения и распределения потоков и программу формирования управляющих воздействий/ подаваемых на исполнительные механизмы запорно-переключающей арматуры 16. Сособ автоматизированного внутри-промыслового сбора продукции скважин состоит из следующих операций:
транспортирование продукции по выкидным линиям скважин и отрезкам коллекторов нефтегазосборной сети к технологическим узлам нефтепромысловых объектов;
распределение в технологических узлах нефтепромысловых объектов подводимых к ним потоков продукции по технологическим установкам объекта и отходящим от объектов отрезкам коллекторов с разделением потоков на группы потоков/ в том числе по сортам продукции/ в соответствии с допустимыми комбинациями смешения потоков;
смешение потоков продукции в группах потоков и раздельное транспортирование смешанных потоков по отрезкам коллекторов к конечному пункту сбора продукции;
контроль параметров подводимым к технологическим узлам объектов потоков продукции и потоков/ полученных в результате смешения/ отводимых от технологических объектов;
формирование при возникновении недопустимых комбинаций смешения потоков продукции управляющих воздействий/ осуществляемых в виде операций изменения комбинации распределения потоков в технологическом узле нефтепромыслового объекта переключением запорно-переключающей арматуры. Система работает следующим образом. Продукция скважин в виде водогазонефтяной смеси перемещается под устьевым давлением по выкидным линиям 1 скважины (см. фиг. 2) и по отрезкам коллекторов 4 нефтегазосборной сети в направлении от скважин через технологические узлы нефтепромысловых объектов 2 к конечному пункту 3 сбора продукции. В технологическом узле 5 нефтепромыслового объекта 2 осуществляется распределение входящих в него потоков продукции по технологическим установкам группы технологических установок и по отходящим от объекта отрезкам коллекторов 4 в соответствии с допустимыми комбинациями смешения потоков продукции/ исключающими неблагоприятные условия работы отрезков коллекторов 4. Контроль работы технологических узлов 5 нефтепромысловых объектов 2 и технологических установок/ входящих в состав группы технологических установок 7 объектов/ производится пунктами контроля и управления объектов 6. Контроль работы объектов 2 и системы нефтегазосбора в целом осуществлется центральным пунктом 10 контроля и управления системой. При этом пункт 6 контроля и управления нефтепромыслового объекта обеспечивает по заданной программе контроль параметров входящих в технологический узел 5 и выходящих из него потоков продукции/ корректировку текущих вариантов распределения потоков в технологическом узле 5 при изменении параметров потоков и возникновении недопустимых комбинаций смешения продукции/ выдачу рабочей аварийной и учетной информации на центральный пункт контроля и управления системой 1/ прием и реализацию команд с центрального пункта контроля и управления системой. Центральный пункт 10 контроля и управления системой обеспечивает согласование работы нефтепромысловых объектов 2 путем изменения в пунктах контроля и управления объектов заданных условий работы отрезков коллекторов нефтегазосборной сети/ осуществляет диагностику состояния отрезков коллекторов по изменению параметров потоков на входах и выходах этих отрезков вырабатывает и выдает на пункты контроля и управления объектов 6 команды по локализации аварийных отрезков коллекторов. В начальный период разработки месторождений/ когда из скважин поступает безводная нефть/ а количество скважин и объем добываемой продукции еще далеки от проектного уровня/ система нефтегазосбора может быть выполнена из одинарных отрезков коллекторов 4/ соединяющих узловые пункты 5 нефтепромысловых объектов 2/ а сами узловые пункты построены с минимальным количеством распределительных трубопроводных линий. По мере разработки месторождения систему нефтегазосбора достраивают и подготавливают ее для раздельного сбора продукции. При этом с учетом накопившейся к тому времени информации об особенностях месторождения и работы системы сбора прокладывают дополнительные и дублирующие отрезки коллекторов и расширяют узловые пункты объектов. На некоторых нефтепромысловых объектах вводятся технологические установки (сепарационные установки/ ДНС/ установки предварительного сброса воды/ подогреватели и т.д.) в виде группы технологических установок 7 объекта. При расширении нефтегазосборной сети и нефтепромысловых объектов действующие элементы системы сбора максимально используются и не претерпевают существенных конструктивных изменений/ требующих дополнительных капиталовложений. При прохождении продукции через нефтепромысловый объект (см. фиг. 3) подводимые к объекту по выкидным линиям 1 скважин и отрезкам коллекторов 4 потоки продукции поступают в технологический узел 5 объекта в точках подключения 17 и после прохождения устройств 15 измерения параметров потоков распределяются с помощью запорно-переключающей арматуры 16 по трубопроводным линиям 12/ 13 и 14. Распределение осуществляется в зависимости от результатов измерения параметров потоков и в соответствии с допустимыми комбинациями смешения продукции/ отвечающими заданным условиям работы отрезков коллекторов нефтегазосборной сети. Если технологической схемой нефтепромыслового объекта не предусмотрено использование группы технологических установок 7 и соответствующей трубопроводной линии 12/ то распределение потоков продукции производится между трубопроводными линиями 13 и 14. Если технологическая схема нефтепромыслового объекта включает в себя группу технологических установок 7/ в состав которой входит/ например/ установка предварительного сброса пластовой воды/ то часть входящих потоков продукции/ выделенных для предварительного обезвоживания/ направляется по трубопроводной линии 12 через устройство измерения параметров потока и трубопровод 19 на установку 20 предварительного сброса пластовой воды. Отделенная на установке 20 пластовая вода по трубопроводу направляется на утилизацию или возвращается (частично или полностью) по трубопроводу 22 в технологический узел 5 и участвует в распределении потоков между трубопроводными линиями 13 и 14 совместно с другими/ подключенными к этим линиям потоками. Изменяя с помощью запорно-переключающей арматуры 16 группу подключенных к трубопроводной линии 12 потоков продукции и количество пластовой воды/ возвращаемой в технологический узел/ можно вносить дополнительные изменения в состав и состояние суммарных потоков продукции/ отводимых от технологического объекта в точках 18 по отрезкам коллекторов 4 нефтегазосбороной сети. Результаты измерения параметров потоков продукции (давление/ расход/ обводненность/ газосодержание и т.д.) с устройств 15 технологических узлов 5 нефтепромысловых объектов 2 поступают в блоки 25 управления объектами. Блок управления объектом контролирует также положение запорно-переключающей арматуры 16 технологического узла данного объекта. Поступившая в блок управления объектом информация обрабатывается по заданной программе и в заданном регламенте с помощью устройства связи 26 передается на центральный пункт 10 контроля и управления системой. При этом в блоке управления объектом 25 дополнительно/ по программе/ заключенной в блоке памяти 27/ производится проверка значений хараткеристик R₁ и R₂ для потоков продукции/ выходящих с объекта по отрезкам коллекторов 4/ на соответствие их заданным условиям работы отрезков коллекторов/ т. е. условию (2). Если значения R₁ и R₂ соответствуют заданному условию (2)/ то изменения в комбинацию распределения потоков в технологическом узле 5 не вносятся. Если в процессе эксплуатации системы нефтегазосбора параметры подводимых к нефтепромысловому объекту потоков продукции изменятся/ то характеристики R₁ и R₂ потоков продукции/ отводимых от нефтепромыслового объекта по отрезкам коллекторов 4/ могут перестать соответствовать условию (2). В этом случае значения R_i в каждой группе потоков продукции/ подключенной к трубопроводным линиям 12/ 13 и 14/ с помощью вычислительных средств блока управления объектом 25 условно располагают упорядоченно по величине R_i/ выделяют потоки с экстремальными значениями R_i в группах и путем выдачи соответствующих команд на исполнительные механизмы запорно-переключающей арматуры технологического узла 5 переводят выделенные потоки из одной группы в другую до получения комбинации смешения/ отвечающей заданным условиям работы отрезков коллекторов/ т.е. до соответствия условию (2). Установившиеся при новой комбинации распределения потоков параметры работы отрезков коллекторов на входе и выходе объекта измеряются средствами измерения параметров технологического узла 6 и их значения передаются через устройство связи 26 на центральный пункт контроля и управления. Эти значения принимаются в качестве контрольных при диагностике центральным пунктом контроля и управления аварийных и предаварийных состояний соответствующих отрезков нефтегазосборной сети.

Формула изобретения

СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВНУТРИПРОМЫСЛОВОГО СБОРА И ТРАНСПОРТА ПРОДУКЦИИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН, состоящий в транспортировании продукции в виде потоков многофазной смеси нефти, газа и воды от скважин по выкидным линиям скважин к технологическим узлам нефтепромысловых объектов системы нефтегазосбора, в которых осуществляется распределение поступающих от скважин потоков продукции по технологическим установкам объектов, включая установки предварительного сброса пластовой воды, и по отходящим от объектов отрезкам коллекторов нефтегазосборной сети с разделением потоков на группы потоков, в том числе по сортам продукции, смешении потоков продукции в группах потоков, подключенных в результате распределения к соответствующим отрезкам коллекторов, раздельном транспортировании смешанных потоков продукции по отрезкам коллекторов нефтегазосборной сети к конечному пункту сбора продукции, контроле параметров транспортируемых по выкидным линиям скважин потоков продукции с помощью средств измерения параметров потоков и блоков управления нефтепромысловыми объектами и при отклонении параметров от заданных значений, в том числе при изменении сорта продукции, формировании управляющих воздействий, осуществляемых в виде переключений запорно-переключающей арматуры технологических узлов нефтепромысловых объектов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности в работе системы нефтегазосбора в динамических условиях эксплуатации за счет исключения комбинаций смешения потоков продукции, не отвечающих заданным условиям работы отрезков коллекторов нефтегазосборной сети, дополнительно с помощью блоков управления с блоками памяти, содержащими программу распределения подводимых к технологическим узлам потоков продукции, контролируют параметры потоков продукции, выходящих с технологических установок, и потоков, транспортируемых по отрезкам коллекторов нефтегазосборной сети, и при отклонении параметров от заданных значений распределяют эти потоки по отходящим от объекта отрезкам коллекторов с учетом результатов распределения потоков, транспортируемых по выкидным линиям скважин, в соответствии с допустимыми комбинациями смешения потоков, отвечающими заданным условиям работы отрезков коллекторов нефтегазосборной сети.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---