Способ разработки нефтеносных пластов и оборудование кустовой насосной станции с участком нефтяного месторождения
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к разработке месторождений нефти. Обеспечивает повышение эффективности разработки нефтеносных пластов путем внедрения энергосберегающей техники и технологии в работе системы поддержания пластового давления. Сущность изобретения: осуществляют двухступенчатую закачку рабочего агента - воды. Первую ступень закачки представляют силовые насосы. Вторую ступень - гидравлические насосы-измерители, которыми осуществляют трансформирование давления нагнетания, создаваемого силовыми насосами. При необходимости увеличения давления в водопроводах, по которым закачивают воду в отдельные нагнетательные скважины, его регулируют исходя из необходимости закачки определенного объема воды в зависимости от коллекторских свойств пластов в призабойных зонах нефтеносных пластов. Это осуществляют путем изменения соотношения диаметров поршней и их длин хода в первой и второй секциях гидравлических насосов-измерителей, которые выбирают по изменениям гидравлических сопротивлений с изменением скорости движения воды в них. Одновременно измеряют параметры, характеризующие работу системы нагнетания, по которым устанавливают эффективность способа и работы оборудования. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Способ относится к нефтедобывающей промышленности, а именно для закачки воды в нефтеносные пласты для поддержания в них оптимальной величины давления.
Он может быть использован и в других отраслях народного хозяйства, например, для добычи воды из артезианских скважин. Известен способ закачки рабочего агента - воды из кустовых насосных станций в нагнетательные скважины насосами высокого давления и производительности, которая по водопроводам скважин распределяется в распределительных узлах [1].
Основными недостатками этого способа являются:
1. Большие затраты электроэнергии из-за применения как электрического, так и механического оборудования больших мощностей.
2. Невозможность регулирования давления и объема закачиваемой воды по отдельным скважинам в необходимом количестве для поддержания в нефтеносном пласте оптимальной величины давления.
3. Невозможность точного и непрерывного измерения и учета закачиваемой воды по отдельным нагнетательным скважинам, а следовательно, закачанной воды по кусту в целом, в результате на выкидах силовых насосов поддерживается высокое давление исходя из обеспечения рационального объема закачиваемой воды в скважины, расположенные в зонах пласта с низкими коэффициентами приемистостью, что сопровождается нерациональным использованием электроэнергии.
4. Большие капитальные и текущие затраты, особенно при разработке небольших нефтяных месторождений за короткие сроки, из-за невозможности оперативного перемещения построенных сооружений.
Наиболее близким техническим решением является способ закачки в нагнетательные скважины воды с применением блочных кустовых насосных станций - БКНС [2].
Недостатками способа и применяемого оборудования остаются те же пункты, указанные в аналоге, за исключением возможности перемещения блочного оборудования.
Целью изобретения является повышение эффективности разработки нефтеносных пластов путем внедрения энергосберегающей техники и технологии в работе системы поддержания пластового давления.
Поставленная цель достигается способом, при котором для снижения удельной потребляемой электроэнергии производят трансформацию давления, создаваемого силовыми насосами, устанавливаемыми на БКНС, для чего на БКНС последовательно к силовым насосам, из которых вода подается в распределительный блок по общему выкидному трубопроводу, после распределительного узла на водопроводах, идущих к отдельным нагнетательным скважинам или к группе скважин, обладающих примерно одинаковыми коэффициентами приемистости, устанавливают двухсекционные гидравлические насосы-измерители, в которых первая секция выполняет функцию гидравлического двигателя и измерителя откачиваемой воды, а вторая секция - функцию дожимного насоса, при котором величина, на которую увеличивается давление нагнетания, определяется отношением площадей сечений поршней первой и второй секций, которое должно обеспечивать закачку оптимального объема воды в пласт с учетом гидравлических сопротивлений во всей системе нагнетания и потери давления в самом гидравлическом насосе-измерителе, соответственно изменению которых для откачки выбирают электродвигатели к силовым насосам с некоторым запасом мощности, при этом эффективность устанавливаемых режимов определяют исходя из величин удельной потребляемой электроэнергии, измеренной электросчетчиками, а объем откачиваемой продукции самим гидравлическим насосом-измерителем - по количеству возвратно-поступательных движений, диаметром и длиной хода плунжера в первой его секции, тогда общее количество откачиваемой воды силовыми насосами определяют как сумму ее по отдельным гидравлическим насосам-измерителям.
Способ достигается предлагаемыми оборудованием и схемой его обустройства в кустовых насосных станциях (фиг.1, 2), которые состоят из насосов, образующих две ступени откачки, первая ступень состоит из силовых центробежных или поршневых насосов, приводимых в работу электродвигателями, вторая ступень представляет гидравлические насосы-измерители, каждый из которых устанавливают на начале водопровода, идущего к отдельным нагнетательным скважинам после распределительного узла, которые состоят из двух секций, выполняющих функцию трансформирования гидравлической энергии до необходимых оптимальных величин давления нагнетания, осуществляемого путем подбора соотношений диаметров первой секции, а также выполняющей функции измерителя объема откачиваемой продукции и гидравлического двигателя и второй секции, выполняющей функцию дожимного насоса, позволяющего повышать давление откачиваемого рабочего агента - воды до определенной величины и регулировать его производительность до оптимальной величины, что обеспечивается подбором отдельных секций, состоящих из пары «цилиндр-поршень», соединенных между собой уплотнительной камерой, общим штоком и приемно-нагнетательными трубами рационального диаметра, исключающими возникновение значительных местных сопротивлений, а выкид дожимной секции с нагнетательным водопроводом, а далее колонной нагнетательных труб, находящихся в скважине, при этом управление работой гидравлических насосов и измерение необходимых параметров, характеризующих режимы работы системы «насосы откачки - водопровод скважины», производится, гидравлическим насосом-измерителем, датчиками давлений и температуры, а управление - по сигналам, получаемым из датчиков: детекторов положения, фиксирующих возвратно-поступательные движения поршней в секциях гидравлического насоса-измерителя, из блока управления, который может находиться как в отдельных, так и групповых блочных помещениях блочной кустовой насосной станции, куда также устанавливают электросчетчики, показатели которых передаются в диспетчерские пульты, где они обрабатываются по отдельным программам в компьютерных устройствах, по которым определяют эффективность работы системы нагнетания, при этом вся система нагнетания для обеспечения работы на рациональном режиме предохраняется воздушными колпаками и предохранительными клапанами, соединенными с приемными линиями и емкостями, куда сбрасывается, в случаях нарушения режима работы системы, избыточная жидкость, а следовательно, разряжается и избыточное давление.
Изобретение от прототипа отличается тем, что для закачки рабочего агента в нагнетательные скважины применяется энергосберегающая технология, заключающаяся в двухступенчатом нагнетании рабочего агента - воды, производимом в первой ступени силовыми насосами с определенной производительностью и давлением, трансформируемым далее в гидравлических насосах-измерителях, представляющих вторую ступень откачки, позволяющей повысить давление нагнетания в скважинах до величины, необходимой для закачки определенных объемов воды, достаточных для поддержания рациональных давлений в разрабатываемых участках нефтеносных пластов, которые состоят из двух секций: первая - выполняет функции гидравлического двигателя и измерителя откачиваемой воды, вторая - функцию дожимного насоса, в которых трансформация гидравлической энергии давления достигается применением диаметров поршней и длин их хода в первой и второй секциях определенных соотношений, при которых обеспечивается закачка необходимого объема воды и возможность ее регулирования при возможных изменениях геолого-технических условий эксплуатации нагнетательных скважин и разработки на определенных участках нефтеносной залежи.
Указанные признаки позволяют сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.
Сравнение указанных заявляемых технических решений с приоритетом позволило установить соответствие их критерию «новизна».
При изучении других технических решений в данных областях техники и технологии отличающиеся заявляемые изобретения от прототипа не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «существенные отличия».
Способ осуществляется (фиг.) оборудованием, состоящим из силовых агрегатов 1 с двигателями 2 приемного и выкидного трубопроводов 3, 4, распределительного узла 5, приемных трубопроводов 6, гидравлических насосов-измерителей 7, включающих поршень 8, приемные и выкидные линии 9, штоков 10, уплотнительных камер 11, цилиндров первой и второй ступеней 12 и 13, установленных в отдельных блочных помещениях, контрольно-измерительных датчиков, датчиков управления, запорных устройств 16, нагнетательных скважин 15, нагнетательных водопроводов к скважинам 14.
Способ осуществляется следующим образом.
Определяется площадь разрабатываемой нефтеносной залежи, в которой исходя из проектируемых отборов пластовой продукции определяют объемы воды, которую необходимо закачивать в нефтеносный пласт, чтобы поддерживать в нем определенное давление оптимальной величины.
Далее определяют количество нагнетательных скважин, их месторасположение и по приемистости скважин, по величине воды, которую необходимо закачивать в отдельные скважины, устанавливают величины рабочих давлений, которые необходимо поддерживать на устьях скважин с низкой приемистостью, определяют, при каких давлениях на приемах в их первой секции и на выкиде второй секции обеспечивается максимальное приращение давления. Таким образом, определяют рациональные значения приращений давлений по всем нагнетательным скважинам, которые должны быть подключены к проектируемой БКНС, и по максимальным значениям давлений, которые необходимо поддерживать на приемах первой секции, с определенным запасом как по производительности, так и по давлению, определяют и величину давлений на их выкидах.
Далее с учетом приращений давлений в гидравлических насосах-измерителях и по номинальной производительности силовых насосов выбирают электродвигатели соответствующей мощности с определенным запасом как по производительности силовых насосов, так и по мощности электродвигателей для компенсации возможных их изменений в процессе эксплуатации.
В процессе эксплуатации закачиваемую воду в отдельные нагнетательные скважины измеряют гидравлическими насосами-измерителями, одновременно измеряют также во времени электросчетчиками потребляемую электроэнергию, что позволяет определить эффективность установленных режимов эксплуатации как отдельных скважин, установленного оборудования, так и кустовой насосной станции в целом.
Предлагаемое оборудование системы нагнетания работает следующим образом.
Откачивается вода силовыми насосами 1 определенного объема под рациональным давлением по выкидной линии поступает в распределительный узел 5, из которого она направляется по отдельным водопроводам к нагнетательным скважинам, в начале которых устанавливают гидравлические насосы-измерители 7. При этом распределительный узел и насосы-измерители размещаются в отдельном распределительно-измерительном блоке, в котором осуществляется, кроме распределения воды по отдельным водопроводам производится также в гидравлических насосах-измерителях трансформация давления с меньшего на большее при обеспечении рациональной его производительности с одновременным измерением объема нагнетаемой им воды в нефтеносный пласт.
Оптимальность установленных режимов работы системы нагнетания устанавливается по уровню обеспеченности отборов пластовой продукции, для сохранения оптимальной величины пластового давления, закачкой в нефтеносный пласт рабочего агента, при минимально возможных затратах средств, то есть при установившихся постоянных затратах сохранением рациональных значений переменных затрат, или затратах на электроэнергию, по которым более точно характеризуется эффективность проводимых мероприятий.
Управление и контроль системой нагнетания воды в нефтеносный пласт производится с блока управления и контроля, куда поступают сигналы из оборудования. При этом контроль за соблюдением режимов работы производится как в отдельных нагнетательных скважин, так и во всей кустовой насосной станции.
При этом измерения откачиваемой воды по отдельным нагнетательным скважинам осуществляются в первой секции гидравлических насосов-измерителей по формуле:
когда в системе устанавливают только односекционный объемный измеритель, или по формуле:
где l2=l1+Δlшт,
где l2 - удлинение штока во второй секции из-за уменьшения диаметра поршня в ней;
V2 - объем измеренной воды при ходе поршня в прямом направлении.
Объем измеренной воды в обратном направлении определяют по формуле:
Vобщ=(V1+V2)n - общий объем откачанной воды одним гидравлическим насосом-измерителем.
Тогда общий объем всей закачиваемой воды в нефтеносный пласт по кусту определяется как сумма закачиваемой воды по отдельным скважинам, подключенным к данному кусту насосной станции:
При измерении объемов закачиваемой воды по скважинам, по датчикам давления и температуры измеряют также величины давлений на входе и на выходе в гидравлических насосных измерителях и температуру откачиваемой воды.
Измеряют также по кусту электросчетчиками общую потребляемую электрическую энергию и определяют изменения потребляемой энергии по отдельным нагнетательным скважинам с учетом ее потерь в отдельных звеньях системы: силовые насосы - нагнетательные скважины - нефтеносный пласт, что осуществляют периодически по данным изменений давлений в отдельных звеньях системы исследовательскими бригадами.
Источники информации
1. Способ откачки газожидкостных смесей, газов и жидкостей с использованием природных потенциальных энергий и устройство для его осуществления. Патент на изобретение №2134772 от 20.08.99 г., бюллетень №23.
2. В.И.Щуров. Технология и техника добычи нефти». - М.: Недра, 1983 г., с.55, 61.
1. Способ разработки нефтеносных пластов, заключающийся в снижении удельной потребляемой электроэнергии, а, следовательно, и уменьшении мощности электродвигателя насоса откачки, непрерывном измерении, учете и регулировании объема закачиваемой воды как по отдельным скважинам, так и в целом по кустовой насосной станции, а также в установлении в них давлений нагнетания нефтеносного пласта в зоне эксплуатации скважиной, отличающийся тем, что в кустовой насосной станции для снижения давления нагнетания, а, следовательно, для снижения удельной потребляемой электроэнергии производят трансформацию давления, создаваемого силовыми насосами, устанавливаемыми на кустовых насосных станциях, для чего на кустовых насосных станциях последовательно к силовым насосам, из которых воду подают в распределительный блок по общему выкидному трубопроводу, после распределительного узла на водопроводах, идущих к отдельным нагнетательным скважинам или к группе скважин, обладающих примерно одинаковыми приемистостями, устанавливают двухсекционные гидравлические насосы-измерители, в которых первая секция выполняет функцию гидравлического двигателя и измерителя откачиваемой воды, а вторая секция - функцию дожимного насоса, при котором величину, на которую увеличивают давление, определяют отношением площадей сечений поршней первой и второй секций, которое должно обеспечивать закачку воды в пласт с учетом гидравлических сопротивлений во всей системе нагнетания и потери давления в самом гидравлическом насосе, соответственно изменению которых для откачки выбирают электродвигатели к силовым насосам с некоторым запасом мощности, при этом эффективность устанавливаемых режимов определяют, исходя из величин удельной потребляемой электроэнергии, которую измеряют электросчетчиками, а объем откачиваемой продукции измеряют самим гидравлическим насосом-измерителем по количеству возвратно-поступательных движений, диаметру и длине хода плунжера в первой его секции, при этом общее количество откачиваемой воды силовыми насосами определяют как сумму по отдельным гидравлическим насосам-измерителям.
2. Оборудование и система их расположения на кустовой насосной станции и на участке разрабатываемого нефтяного месторождения, включающие куст насосной станции, размещенные в ней силовые насосные агрегаты, выкидные водопроводы, распределительные узлы и проложенные до нагнетательных скважин нагнетательные водопроводы, блоки управления и контроля, отличающиеся тем, что насосы на кустовых насосных станциях состоят из насосов, образующих две ступени откачки: первая ступень состоит из центробежных или поршневых насосов, приводимых в работу электродвигателями, вторая ступень представляет собой гидравлические насосы-измерители, каждый из которых установлен на начале водопровода, идущего к отдельным нагнетательным скважинам после распределительного узла, которые состоят их двух секций, выполняющих функцию трансформирования гидравлической энергии до определенных необходимых величин давления нагнетания, осуществляемого путем подбора соотношений диаметров первой секции, выполняющей функции измерителя расхода и гидравлического двигателя, и второй секции, выполняющей функцию дожимного насоса, позволяющего повысить давление откачиваемой воды до определенной величины и регулировать его производительность до определенной величины, что обеспечено подбором отдельных секций, штоком и приемно-нагнетательными трубами, а выкид дожимной секции - с нагнетательным водопроводом, далее колонной нагнетательных труб, находящихся в скважине, при этом управление работой гидравлических насосов и измерение необходимых параметров, характеризующих режимы работы системы «насосы откачки - водопровод - скважина», предусмотрены блоком управления, измерений и регулирования режимов работы по сигналам детекторов положения поршней при возвратно-поступательном их движении в отдельных и групповых блочных помещениях, где установлены электросчетчики с возможностью передачи в диспетчерские пульты для обработки по отдельным программам в компьютерных устройствах и определения эффективности работы всей системы нагнетания.
