Способ приготовления и нагнетания гетерогенных смесей в пласт и установка для его осуществления
Группа изобретений относится к нефтяной и газодобывающей промышленности и, в частности, к приготовлению и нагнетанию различных смесей рабочих агентов в пласты продуктивных залежей при разработке месторождений. Обеспечивает повышение эффективности способа и расширение функциональных возможностей устройства при уменьшении материальных затрат. Сущность изобретения: в соответствии с изобретениями приготавливают и нагнетают гетерогенные смеси в пласт через, по крайней мере, одну скважину. Обеспечивают смешивание фаз жидкости и газа разного давления эжектированием, достижение определенного объемного соотношения фаз и регулирование данного соотношения. Согласно изобретениям объемное соотношение смешиваемых фаз регулируют и поддерживают с определением их оптимального соотношения в режиме непрерывного мониторинга с обратной связью по линии нагнетания с коэффициентом приемистости скважины и в зависимости от глубины ее интервала перфорации, конструктивных геометрических размеров системы обсадных и насосно-компрессорных труб, давлений в линии подачи фазы жидкости и газа. При этом эжектирование при смешивании производят с автовыбором активной и пассивной фаз по линии обратной связи и создают гидродинамическую нестационарность скоростей и давлений в потоках как при эжектировании, так и при нагнетании смеси в пласт. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к нефтяной и газодобывающей промышленности, в частности к способам приготовления и нагнетания различных смесей рабочих агентов в пласты продуктивных залежей, и может быть эффективно использовано при разработке месторождений в целях утилизации попутного нефтяного газа, осуществления водогазового, физико-химического воздействий на подземные пласты для повышения нефтеотдачи, увеличения рентабельности и экологической чистоты проектов добычи, в том числе на нефтяных месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами, может быть также эффективно использовано для осуществления операций обработки призабойных зон скважин (ПЗП), связанных с закачкой в скважины пенных систем.
Известны способы приготовления и нагнетания гетерогенных смесей в пласт, при которых перед смешиванием газа различными специальными смесителями с фазой жидкости на устье осуществляют компримирование газовой фазы с использованием специальной наземной компрессорной техники, бустерных насосов и другого оборудования подготовки газа (Патент РФ № 2190757, МПК Е21В 43/00, опубл. 10.10.2002, Патент РФ № 1538586, МПК Е21В 43/00, опубл. 15.11.1994). Данные способы обеспечивают возможность получения газожидкостных смесей с изменением объемного соотношения фаз в широком диапазоне и напорную подачу полученных смесей в скважины. Однако применение данных способов существенно ограничивают технические и технологические сложности процессов подготовки, транспортировки газа высокого давления и его смешивания с жидкостью, существенные затраты энергии, низкая рентабельность капиталовложений, в особенности для удаленных небольших по размеру залежей. При размещении компрессорно-насосной техники для смешивания на станциях подготовки газа и транспортировки гетерогенных смесей к скважинам происходит расслоение фаз в трубах, вследствие чего существенно снижается приемистость скважин и эффективность воздействия на пласты. Кроме того, процесс смешивания попутного нефтяного газа высокого давления с водой и процесс напорной подачи готовой водогазовой смеси высокого давления с устья на забой скважины осложняются высокой опасностью образования сплошных газогидратных отложений, с закупоркой проточных линий и возникновением аварийных ситуаций.
Известны также способы, при реализации которых приготовление гетерогенных смесей происходит в процессах струйного эжектирования фазы газа низкого давления жидкостью высокого давления (Патент РФ № 2170814, МПК Е21В 43/20, опубл. 20.07.2001). Поскольку данные способы используют отбор воды высокого давления из широко развитой инфраструктуры поддержания пластового давления, а технически простые и надежные в работе эжекторные устройства мобильно и компактно размещаются на устье или на забое скважины и не требуют больших затрат на изготовление и обслуживание, то их использование для приготовления и закачки смесей в пласт технологически и экономически перспективно. Однако на практике использование данных способов сопряжено со значительными трудностями и ограничениями. Процесс простого эжектирования не может обеспечить одновременно создания и достаточно большого объемного газосодержания смесей, чтобы покрывать требуемые объемы закачки газа в проектах утилизации газа или водогазового воздействия на пласты, и одновременно достаточно большого давления в смеси - напора для внедрения доставляемой на забой смеси в пласты. В известных способах (Патент РФ № 2190760, МПК Е21В 43/20, опубл. 10.10.2002, Патент РФ № 2003133235, МПК Е21В 43/20, опубл. 20.04.2005) дополнительно к эжектированию осуществляют последующее поднятие давления уже приготовленных смесей с применением специальных дожимных насосов. При этом появляется возможность закачки смесей с достаточно большим газосодержанием в пласты, но возникают серьезные технологические и экономические ограничения, как и у вышеописанных способов с первичным компримированием газа перед смешиванием. Существуют также ограничения применения данных способов по диапазону геолого-промысловых условий закачки смесей в пласты, как и у способа (Патент РФ № 2078200, МПК Е21В 43/18, 43/22, опубл. 27.04.1997), в котором в целях совершенствования технологии, ее удешевления и повышения эффективности закачки осуществляют гравитационное сжатие смеси в стволе скважины, а затем последующее ее «дожатие» на забое скважины струйным инжектором.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ (Патент РФ № 2088752, МПК Е21В 43/20, опубл. 27.08.1997), включающий смешивание фаз жидкости и газа разного давления эжектированием, достижение определенного объемного соотношения фаз и регулирование данного соотношения. В данном известном изобретении регулирование образования объемного соотношения смешиваемых фаз осуществляется с учетом лишь вязкости пластовой нефти, что по замыслу авторов должно обеспечивать равномерность фронтов вытеснения уже непосредственно в пласте, без прорывов водогазовой смеси к добывающим скважинам, в то же время другие важные геолого-промысловые параметры, которые не только определяют исходный процесс внедрения смесей в призабойные зоны пласта, но и опосредованно сам процесс приготовления гетерогенных смесей, нигде не учитываются. В результате процессы приготовления смесей технологически отрываются от процессов закачки, которые в результате в диапазоне реальных изменений геолого-физических условий скважин происходят неэффективно, не обеспечивают требуемых проектных объемов ни по утилизации попутного газа, ни по оптимальному водогазовому воздействию на пласты.
Известна установка, содержащая последовательно расположенные компрессорный агрегат и винтовой насос, связанные трубопроводом с нагнетательной скважиной, позволяющая создавать водогазовые смеси с широким диапазоном соотношений объемов жидкости и газа и закачивать их в пласт под давлением (Патент РФ № 2247831, МПК Е21В 43/24, опубл. 10.03.2005). Использование данной установки ограничивают технологические сложности компрессирования попутного нефтяного газа, существенные затраты энергии для ее работы, низкая рентабельность процессов утилизации попутного газа и водогазового воздействия на пласты.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка для приготовления и нагнетания гетерогенных смесей в пласт через скважины, включающая эжектор с соплом, приемной камерой, камерой смешения, а также линии подвода фаз жидкости и газа и линию нагнетания гетерогенной смеси в скважину и пласт (Патент РФ № 2046931, МПК Е21В 43/00, F04F 5/54, опубл. 27.10.1995). Недостатком данной установки является недостаточная стабильность и дисперсность приготавливаемых водогазовых смесей, большая опасность газогидратообразования, существенные ограничения по объему газосодержания и напорному давлению подачи их в скважину, исключающие возможность ее применения для требуемых на практике объемов закачки газа в реальных геолого-физических условиях скважин.
Задачей изобретения является повышение эффективности приготовления и закачки гетерогенных смесей в технологических процессах утилизации попутного газа, водогазового воздействия на пласты, а также обработки ПЗП скважин, при расширении функциональных возможностей и диапазона применимости способа и устройства по геолого-физическим условиям и категориям скважин, уменьшение материальных затрат, упрощение технологии реализации способа и устройства, устранение опасности аварий из-за образования газогидратов, устранение поражения обслуживающего персонала и окружающей среды.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем смешивание фаз жидкости и газа разного давления эжектированием, достижение определенного объемного соотношения фаз и регулирование данного соотношения, согласно изобретению объемное соотношение смешиваемых фаз регулируют и поддерживают с определением их оптимального соотношения в режиме непрерывного мониторинга с обратной связью по линии нагнетания с коэффициентом приемистости скважины и в зависимости от глубины ее интервала перфорации, конструктивных геометрических размеров системы обсадных и насосно-компрессорных труб, давлений в линии подачи фазы жидкости и газа, при этом эжектирование при смешивании производят с автовыбором активной и пассивной фаз по линии обратной связи и создают гидродинамическую нестационарность скоростей и давлений в потоках как при эжектировании, так и при нагнетании смеси в пласт.
Для повышения эффективности способа гетерогенные смеси целесообразно нагнетать в поле упругих колебаний.
При этом для создания наиболее оптимальных условий для эффективного смесеобразования жидких и газовых фаз, а также для улучшения и поддержания приемистости скважин при нагнетании гетерогенных смесей в пласт целесообразно гидродинамическую нестационарность скоростей и давлений в потоках создавать при взаимодействии вихревых закрученных и осевых течений и/или с генерацией в них поля упругих колебаний.
В условиях пониженной приемистости скважин, для глубин залегания пластов более 1000-1200 м, для обеспечения требуемых объемов закачки смесей в пласт целесообразно процесс смешивания фаз и регулирования объемного газосодержания выполнять в два взаимосвязанных этапа, на первом из которых на устье скважины струйным эжектированием осуществлять смешивание фазы жидкости высокого давления и фазы газа низкого давления, а на втором этапе подавать на забой скважины по отдельным линиям полученную на первом этапе газожидкостную смесь и жидкость высокого давления из устьевой линии подачи с последующим повышением напора смеси для закачки ее в пласт.
При повышении напора возможно осуществлять его пульсацию и/или диспергирование газожидкостной смеси.
Напор газожидкостной смеси может быть повышен с помощью использования скважинных поршневых, и/или электроцентробежных, и/или струйных насосов.
Для обеспечения максимального объемного газосодержания при приготовлении смесей целесообразно смешивание струйным эжектированием на устье фазы газа низкого давления и жидкости высокого давления осуществлять в два и более каскада, при этом на первом каскаде жидкостью высокого давления эжектировать газ, а полученную смесь направлять в буферную емкость для разделения фаз и отвода жидкой фазы, на втором каскаде жидкостью высокого давления эжектировать газ повышенного, по сравнению с исходным, давления из буферной емкости первого каскада и подавать получаемую смесь в буферную емкость следующего каскада или непосредственно в линию закачки в скважину.
При смешивании гетерогенных смесей технологически целесообразно в качестве жидкой фазы использовать воду, или нефть, или другие углеводородные жидкости, а в качестве фазы газа использовать попутный нефтяной газ или воздух.
Для расширения функциональных возможностей и диапазона применимости метода по геолого-физическим условиям и категориям скважин при осуществлении обработок ПЗП для очистки коллектора или изоляции высокопроницаемых интервалов целесообразно при смешивании гетерогенных смесей в фазу жидкости добавлять растворимые в ней поверхностно-активные вещества или нерастворимые пылеобразные твердые частицы.
Для создания наиболее благоприятных условий для внедрения гетерогенных смесей в ПЗП целесообразно перед закачкой в пласт рабочего агента осуществлять разглинизирование и очистку коллектора призабойной зоны пласта в поле упругих колебаний и в режиме депрессии на забое скважины.
При разглинизировании и очистке коллектора призабойной зоны скважины депрессию на забое оптимально создавать прокачкой через спускаемые насосно-компрессорные трубы и межтрубное пространство приготовляемых гетерогенных смесей с высоким объемным содержанием газа, а для создания поля упругих колебаний оптимально использовать спущенный на забой гидродинамический генератор, работающий на потоке данных смесей.
В условиях повышенной засоренности коллектора ПЗП и при повышенных глубинах забоев скважин целесообразно при разглинизировании и очистке коллектора призабойной зоны скважины депрессию на забое создавать прокачкой через спускаемые насосно-компрессорные трубы, забойный струйный насос и межтрубное пространство жидкости, а для создания поля упругих колебаний использовать спущенный на забой гидродинамический генератор, работающий совместно со струйным насосом на потоке жидкости.
Поставленная задача решается также тем, что в известной установке, включающей, по крайней мере, один эжектор с соплом, приемной камерой, камерой смешения, а также линии подвода фаз жидкости и газа и линию нагнетания гетерогенной смеси в скважину и пласт, согласно изобретению сопло эжектора выполнено в виде цилиндрической трубки, осесимметрично расположенной в приемной камере, выполненной с внутренней цилиндрической поверхностью, при этом в конце, противоположном выходу сопла, на данной поверхности выполнены тангенциальные каналы, связывающие приемную камеру с линией подвода газа, вход в сопло связан с линией подвода жидкости, напротив выхода сопла приемная камера соединена с зауженной цилиндрической камерой смешения, связанной на выходе с линией нагнетания смеси в скважину и пласт, при этом линия подвода жидкости снабжена гидравлическим регулятором расхода с управляющей линией, соединенной с линией нагнетания гетерогенной смеси в скважину и пласт.
Линия подвода газа может быть снабжена гидравлическим регулятором расхода с управляющей линией, соединенной с линией нагнетания гетерогенной смеси в скважину и пласт, и/или обратным клапаном. При этом расширяются функциональные возможности установки по регулированию объемного газосодержания в смеси за счет смены активной и пассивной фаз.
В этих же целях для увеличения объемного газосодержания целесообразно снабжать установку дополнительным эжектором и буферной емкостью с сепаратором фаз, при этом вход в его сопло соединен с разветвлением от линии подвода жидкости, приемная камера - с линией подвода газа, камера смешения фаз - с буферной емкостью, из верхней части которой сжатая газовая фаза после сепаратора направляется через линию подачи на вход в тангенциальные каналы приемной камеры основного эжектора.
В целях расширения диапазона применимости метода в условиях недостаточной приемистости скважин с зауженным профилем нагнетания по интервалу пластов, для повышения эффективности закачки смесей установка может быть снабжена установленным в скважине с упором на ее стенки гидродинамическим генератором, колебания расхода и давления которого воздействуют как на стенки скважины, так и на поток текучей среды.
Также целесообразно, чтобы вход в сопло был соединен с дополнительным ответвлением от линии подвода жидкости через насос-импульсатор. Дополнительное ответвление от линии подвода жидкости может быть соединено со спущенными на забой скважины насосно-компрессорными трубами, на которых установлено устройство для смешивания гетерогенной смеси и повышения ее напора. Это может быть либо струйный насос, либо гидропоршневой насос.
Для предупреждения коррозии конструктивные элементы предлагаемой установки покрывают антикоррозионным покрытием.
В предложенном изобретении реализуется новый, более эффективный механизм приготовления гетерогенных газожидкостных смесей и последующего нагнетания через скважину в продуктивный интервал пласта, связанный не только с расширением диапазона объемного газосодержания приготавливаемых смесей, но и с инициированием благоприятных условий для полноценного фильтрационного течения их из забоя скважины в ПЗП. При этом оптимально, без привлечения значительных материальных затрат, используются инфраструктура и энергетические ресурсы повсеместно распространенной на промыслах системы поддержания пластового давления (ППД).
В известном изобретении (прототип) непосредственное применение эжектирования газа низкого давления жидкостью высокого давления неэффективно. Если рассматривать в целом единую технологическую цепочку приготовления и закачки газожидкостных смесей в пласт через скважину, то все гидродинамические процессы, начиная с течения отдельных фаз еще до входа в смесительное устройство, непосредственно процессы эжектирования, дальнейшего протекания смесей по трубам скважины и, наконец, фильтрационного течения в ПЗП полностью взаимосвязаны и взаимообусловлены создаваемыми внешними и внутренними условиями. При этом сам первоначальный процесс смешивания - эжектирования во многом определяется условиями дальнейшего течения смеси в скважине и особенно условиями ее внедрения в пласт, в частности приемистостью ПЗП, которая в свою очередь является не только функцией забойного давления и объемного газосодержания, но и времени. Таким образом, для организации наиболее эффективного смесеобразования должен быть задан механизм, подразумевающий определение и поддержание оптимальных параметров процесса эжектирования в соответствии не только с существующими в конкретный момент условиями закачки в ПЗП, но и с их изменениями по времени. Такой качественно новый механизм реализуется в предлагаемом изобретении.
Способ осуществляют следующим образом: в скважине (или скважинах), выбранной для осуществления закачки в пласт, производят спуск насосно-компрессорных труб (НКТ) на глубину интервала перфорации пласта. При необходимости на колонне НКТ устанавливают пакер. Заявляемую установку для приготовления и нагнетания гетерогенных смесей в пласт на месте подготовки попутного газа или непосредственно у устья выбранной скважины соединяют с линией подачи газа и с водоводом высокого давления, при этом ее линию нагнетания обвязывают со скважинной арматурой НКТ либо напрямую, либо через трубопровод транспортировки водогазовой смеси к скважине. В оптимальных вариантах выполнения установки на забое скважины напротив интервала приемистости пласта на трубах НКТ устанавливают гидродинамический генератор упругих колебаний расхода и давления в потоке флюида, могут устанавливать также забойный дожимной струйный насос, работающий вместе с гидродинамическим генератором. В последнем случае приготавливаемая на устье смесь поступает по линии нагнетания в затрубное пространство скважины, а жидкость высокого давления (вода) поступает по трубам НКТ на сопло забойного струйного насоса. Сжатая струйным насосом смесь проходит под пакером через гидродинамический генератор и в поле создаваемых при этом упругих колебаний закачивается в ПЗП и пласт.
Предварительно в выбранной скважине производят подготовительные работы: промывку забоя и т.д., определяют текущий коэффициент приемистости, отмечают глубину интервала перфорации, конструктивные радиусы обсадной колонны и НКТ. С использованием специального программно-вычислительного комплекса, разработанного в НПП Ойл-Инжиниринг, с помощью которого на компьютере моделируют процесс эжектирования газа в заявляемой установке, вязкостное течение смеси по трубам на устье и в скважине и нагнетание ее в пласт с учетом вышеописанных скважинных параметров, определяют оптимальные геометрические параметры сопла и камеры смешения эжектора и допустимые диапазоны регулировки давлений в линиях подачи газа и воды и объемного соотношения смешиваемых фаз. С учетом проведенных расчетов производят настройку эжектора установки.
Включают подачу жидкости и газа и осуществляют процесс смешивания - приготовления гетерогенной смеси и ее закачку в скважину. Предварительно, в случае необходимости на НКТ осуществляют посадку пакера. В процессе закачки происходит саморегулирование процесса смешивания с использованием обратной связи по линии нагнетания. Изменение приемистости скважины вызывает изменение давления на забое и в линии нагнетания, которое воспринимается управляющими элементами заявляемой установки, в результате чего соответствующим образом изменяются параметры процесса смешивания и устанавливается текущее значение объемного газосодержания приготавливаемой смеси - оптимальное для текущего значения приемистости. Повышение эффективности процесса смешивания обеспечивает при этом автоматический выбор активной и пассивной фаз в процессе эжекции - при высоких и повышенных давлениях в линии нагнетания в качестве активной фазы привлекается вода, а при соответствующем его снижении активная фаза автоматически меняется на газ. Особо следует отметить, что данный автоматизм процесса обеспечивается и задается проведенными предварительными расчетами, которые с использованием всех вышеуказанных входных данных и с определением оптимальных геометрических параметров связывают рабочие диапазоны давлений подачи газа и воды с диапазонами изменения приемистости реальной скважины. В этом заключается взаимообусловленность признаков данного изобретения.
Поскольку заявленный способ реализуется при работе установки, более подробно вышеописанные процессы регулирования смесеобразования будут описаны в разделе описания работы установки.
В определенных условиях дополнительно к заявляемой установке в скважине на трубах НКТ на забое устанавливают струйный насос, а при подаче приготовляемой водогазовой смеси в скважину при течении по межтрубному пространству до забоя происходит ее гравитационное уплотнение с повышением давления, обеспечивающее требуемый режим закачки в ПЗП с забойным инжектированием и дожатием струйным насосом. При этом весь процесс приготовления и закачки смеси предварительно рассчитывают с применением используемого программно-вычислительного комплекса с учетом используемого забойного струйного насоса и до начала реализации способа вычисляют и назначают в дополнение к указанным выше параметрам также оптимальные геометрические характеристики забойного струйного насоса.
В условиях, когда требуется потреблять из линии подачи максимальные объемы попутного газа, процесс приготовления смеси разбивают на два или более каскада, сначала приготовленную с применением эжекторного узла установки из линии подачи газа низкого давления смесь направляют в буферную емкость, где с применением сепаратора, например, центробежного типа происходит разделение фаз и отвод жидкой фазы, на втором каскаде газ повышенного давления из буферной емкости эжектируется жидкостью высокого давления, а приготовляемая смесь подается или в буферную емкость следующего каскада, или непосредственно в линию закачки в скважину.
При реализации способа для регулирования коэффициента приемистости возможно проведение предварительной обработки ПЗП в выбранной скважине, в этом случае процесс обработки проводят с применением заявляемой установки, оснащенной забойным гидродинамическим генератором. При этом в качестве газовой фазы используют сжатый воздух, приготавливаемый воздушным компрессором, а гетерогенный водовоздушный агент подается в скважину в двух циклически сменяющихся режимах: задавки водовоздушной пены в ПЗП и прокачки пены по межтрубному пространству с созданием депрессии на ПЗП и с извлечением загрязнений в поле упругих колебаний. В осложненных условиях для создания повышенной депрессии на ПЗП и пласт спускаемые насосно-компрессорные трубы оснащают забойным струйным насосом, работающим совместно с гидродинамическим генератором на потоке жидкости.
Преимущества, а также особенности предлагаемой установки, поясняются вариантом ее выполнения со ссылками на чертеж, на котором изображена схема установки для приготовления и нагнетания гетерогенной смеси с линиями подачи фаз, линией нагнетания и скважиной, с продольным разрезом эжектора, снабженной в оптимальном варианте установленным в скважине с упором на ее стенки гидродинамическим генератором.
Установка состоит из эжектора с приемной камерой 1 с тангенциальными каналами 2, цилиндрической трубкой-соплом 3 и зауженной камерой смешения 4, соединенного с линиями подвода фаз газа низкого давления 5 и жидкости высокого давления 6, подающих газ и жидкость соответственно в тангенциальные каналы 2 и в цилиндрическую трубку-сопло 3. При этом камера смешения 4 соединена с линией нагнетания смеси 7, на линии подвода жидкости 6 перед входом в эжектор установлен гидравлический регулятор расхода 8, управляющая линия которого 9 соединена с линией нагнетания смеси 7, которая соединена со скважиной, с пакером 10 и гидродинамическим генератором 11. На линии подвода газа 5 установлен обратный клапан 12 и регулятор расхода 13, управляющая линия которого 14 соединена с линией нагнетания 7.
Установка работает следующим образом.
В процессе подачи жидкости высокого давления по линии подвода 6 через регулятор расхода 8 в цилиндрическую трубку-сопло 3 ее поток ускоряется и выходит в приемную камеру 1, где смешивается с поступающим из тангенциальных каналов 2 закрученным потоком газа. Поток жидкости и газа поступает в камеру смешения 4, где происходит формирующее смесеобразование со сжатием газа. Полученная в эжекторе установки смесь поступает в линию нагнетания 7 и далее в скважину.
Сочетание конструктивных элементов установки обеспечивает саморегулирование смесеобразования по объемному газосодержанию в зависимости от давления в линии нагнетания по линии обратной связи с помощью установленных регуляторов расхода. Так, при уменьшении приемистости скважины и соответственном увеличении давления в линии нагнетания 7 соответствующий сигнал поступает по управляющим линиям 9 и 14 на регуляторы расхода 8 и 13, и происходит уменьшение расхода газа вплоть до полного его прекращения с помощью обратного клапана 12 и увеличение расхода воды. В этом случае поток воды является активной фазой эжектора, а поток газа - пассивной. При этом уменьшение объемного газосодержания приготавливаемой смеси приводит к повышению приемистости скважины.
При увеличении приемистости пласта и соответствующем понижении давления в линии нагнетания 7 соответствующий сигнал поступает по управляющим линиям 9, 14 на регуляторы расхода 8, 13, и происходит увеличение расхода газа и уменьшение расхода воды. В этом случае активной фазой является вихревой поток газа, а пассивной - поток воды, что приводит к соответствующему снижению приемистости скважины. Смена активного и пассивного потоков фаз приводит к возникновению гидродинамической нестационарности, которая усиливается при значительной присоединенной упругости компонента среды - газа. Таким образом, происходит автоматическое поддержание оптимального объемного газосодержания закачиваемой гетерогенной смеси в скважину.
Кроме того, при возникающих при нестационарности пульсациях расхода и давления в потоках смешиваемых фаз происходит более интенсивное мелкодисперсное смесеобразование.
В оптимальном варианте выполнения установки поступающая в скважину по линии нагнетания смесь протекает на забое скважины через гидродинамический генератор с образованием колебаний расхода и давления на выходе в трубное пространство скважины. При этом также происходит дополнительное диспергирование и активация смеси. Под действием перепада давления мелкодисперсная смесь эффективно с широким профилем приемистости по интервалу пласта закачивается в ПЗП в поле упругих колебаний. Поддерживается высокое значение приемистости скважины во время осуществления способа.
Предложенная установка в процессе приготовления и закачки в ПЗП газожидкостных смесей позволяет осуществлять эффективный процесс эжекторного смесеобразования с приготовлением смесей с объемным газосодержанием, оптимальным для значений текущей приемистости скважин. При этом газовая фаза дополнительно диспергируется, текущий коэффициент приемистости существенно увеличивается и поддерживается высоким в течение всего времени осуществления способа.
Пример осуществления способа
Для осуществления способа выбирается нагнетательная скважина, которая подключена к водоводу системы заводнения с давлением 13,0-15,0 МПа, вскрывающая продуктивный пласт на интервале 1300-1400 м. Скважина обсажена эксплуатационной колонной до глубины 1447 м. Пластовое давление 18,7 МПа. Пластовая температура 297 К. Приемистость скважины 600 м3/сут при давлении на устье 5,0 МПа.
На скважине проводятся подготовительные работы, промывка забоя, шаблонирование, гидродинамические исследования. В скважину производится спуск насосно-компрессорных труб наружного диаметра 73 мм с пакером до глубины 1350 м. На конце труб устанавливается гидродинамический генератор типа ГВД конструкции НПП Ойл-Инжиниринг. Подготавливается площадка вблизи газовой линии попутного газа с давлением подачи газа 0,2-0,5 МПа, и производится монтаж заявляемой установки.
С использованием приведенных выше входных данных по пласту и скважине, напорно-расходных характеристик системы подачи воды и газовой линии, данных по составу попутного газа, геометрических параметров труб и допустимых диапазонов функционирования регуляторов расходов воды и газа производится компьютерное моделирование процесса приготовления и закачки водогазовой смеси с применением специального программно-вычислительного комплекса НПП Ойл-Инжиниринг. В ходе расчетов определены оптимальные диапазоны регулирования напорно-расходных характеристик подачи воды (15,0 МПа) и газа (0,45 МПа) в установку и закачки смеси (3,0 МПа) в скважину и требуемые для осуществления способа геометрические параметры эжекторного узла установки: внутренние диаметры цилиндрической трубки-сопла (5,1 мм), камеры смешения (12,0 мм) и их отношение.
С учетом проведенных расчетов производится окончательная сборка установки, подключение линий подачи газа и воды, с подсоединением линии нагнетания смеси на устье к НКТ скважины. Производится посадка пакера, и с подачей воды и газа по соответствующим линиям осуществляется процесс приготовления и закачки. Спустя определенное время процесс приготовления и закачки в соответствии с текущей приемистостью скважины выходит на оптимальный рабочий режим. Периодические отборы проб смеси и их исследования показывают, что при реализации способа происходит непрерывная закачка в скважину водогазовой смеси с объемным водогазовым отношением (приведенным к пластовым условиям) 1/0,17-1/0,15.
1. Способ приготовления и нагнетания гетерогенных смесей в пласт через, по крайней мере, одну скважину, включающий смешивание фаз жидкости и газа разного давления эжектированием, достижение определенного объемного соотношения фаз и регулирование данного соотношения, отличающийся тем, что объемное соотношение смешиваемых фаз регулируют и поддерживают с определением их оптимального соотношения в режиме непрерывного мониторинга с обратной связью по линии нагнетания с коэффициентом приемистости скважины и в зависимости от глубины ее интервала перфорации, конструктивных геометрических размеров системы обсадных и насосно-компрессорных труб, давлений в линии подачи фазы жидкости и газа, при этом эжектирование при смешивании производят с автовыбором активной и пассивной фаз по линии обратной связи и создают гидродинамическую нестационарность скоростей и давлений в потоках как при эжектировании, так и при нагнетании смеси в пласт.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагнетание гетерогенных смесей в пласт осуществляют в поле упругих колебаний.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидродинамическую нестационарность скоростей и давлений в потоках создают при взаимодействии вихревых закрученных и осевых течений и/или с генерацией в них поля упругих колебаний.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивание фаз и регулирование их объемного газосодержания выполняют в два взаимосвязанных этапа, на первом из которых на устье скважины струйным эжектированием осуществляют смешивание фазы жидкости высокого давления и фазы газа низкого давления, а на втором этапе подают на забой скважины по отдельным линиям полученную на первом этапе газожидкостную смесь и жидкость высокого давления из устьевой линии подачи с последующим повышением напора данной смеси для нагнетания ее в пласт.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что при повышении напора газожидкостной смеси осуществляют его пульсацию и/или диспергирование.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что напор газожидкостной смеси повышают путем использования скважинных поршневых, и/или электроцентробежных, и/или струйных насосов.
7. Способ по п.4, отличающийся тем, что смешивание струйным эжектированием на устье фазы газа низкого давления и жидкости высокого давления осуществляют в два и более каскада, при этом на первом каскаде жидкостью высокого давления эжектируют газ, а полученную смесь направляют в буферную емкость, где осуществляют разделение фаз и отвод жидкой фазы, на втором каскаде жидкостью высокого давления эжектируют газ повышенного по сравнению с исходным давления из буферной емкости первого каскада, и подают получаемую смесь в буферную емкость следующего каскада или непосредственно в линию закачки в скважину.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что при смешивании гетерогенных смесей в качестве жидкой фазы используют воду, или нефть, или другие углеводородные жидкости, а в качестве фазы газа используют попутный нефтяной газ или воздух.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что при смешивании гетерогенных смесей в фазу жидкости добавляют растворимые в ней поверхностно-активные вещества или нерастворимые пылеобразные твердые частицы.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед закачкой в пласт гетерогенных смесей осуществляют разглинизирование и очистку коллектора призабойной зоны пласта в поле упругих колебаний и в режиме депрессии на забое скважины.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что при разглинизировании и очистке коллектора призабойной зоны скважины депрессию на забое создают прокачкой через спускаемые насосно-компрессорные трубы и межтрубное пространство приготовляемых гетерогенных смесей с высоким объемным содержанием газа, а для создания поля упругих колебаний используют спущенный на забой гидродинамический генератор.
12. Способ по п.10, отличающийся тем, что при разглинизировании и очистке коллектора призабойной зоны скважины депрессию на забое создают прокачкой через спускаемые насосно-компрессорные трубы, забойный струйный насос и межтрубное пространство жидкости, а для создания поля упругих колебаний используют спущенный на забой гидродинамический генератор, работающий совместно со струйным насосом на потоке жидкости.
13. Установка для приготовления и нагнетания гетерогенных смесей в пласт через, по крайней мере, одну скважину, включающая, по крайней мере, один эжектор с соплом, приемной камерой, камерой смешения, линиями подвода фаз жидкости и газа, линией нагнетания гетерогенной смеси в скважину и пласт, отличающаяся тем, что сопло эжектора выполнено в виде цилиндрической трубки, осесимметрично расположенной в приемной камере, выполненной с внутренней цилиндрической поверхностью, при этом в конце, противоположном выходу сопла, на данной поверхности выполнены тангенциальные каналы, связывающие приемную камеру с линией подвода газа, вход в сопло связан с линией подвода жидкости, напротив выхода сопла приемная камера соединена с зауженной цилиндрической камерой смешения, связанной на выходе с линией нагнетания гетерогенной смеси в скважину и пласт, при этом линия подвода жидкости снабжена гидравлическим регулятором расхода с управляющей линией, соединенной с линией нагнетания гетерогенной смеси в скважину и пласт.
14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что линия подвода газа снабжена гидравлическим регулятором расхода с управляющей линией, соединенной с линией нагнетания гетерогенной смеси в скважину и пласт, и/или обратным клапаном.
15. Установка по п.13, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным эжектором и буферной емкостью с сепаратором фаз, при этом вход в его сопло соединен с разветвлением от линии подвода жидкости, приемная камера - с линией подвода газа, камера смешения фаз - с буферной емкостью.
16. Установка по п.13, отличающаяся тем, что она снабжена установленным в скважине с упором на ее стенки гидродинамическим генератором колебаний расхода и давления.
17. Установка по п.13, отличающаяся тем, что вход в сопло соединен с дополнительным ответвлением от линии подвода жидкости через насос-импульсатор.
18. Установка по п.17, отличающаяся тем, что дополнительное ответвление от линии подвода жидкости соединено со спущенными на забой скважины насосно-компрессорными трубами, на которых установлено устройство для смешивания гетерогенной смеси и повышения ее напора.
