Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование и совершенствование технологии одновременно-раздельной эксплуатации скважин с УЭЦН применением струйного эжектора

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Обоснование и совершенствование технологии одновременно-раздельной эксплуатации скважин с УЭЦН применением струйного эжектора"

у;

На правах рукописи

0050070»ь

Ведерников Владимир Яковлевич

ОБОСНОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН С УЭЦН ПРИМЕНЕНИЕМ СТРУЙНОГО ЭЖЕКТОРА

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных

и газовых месторождений

1 2 ЙНВ 2012

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2012

005007096

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»)

Научный руководитель

■ доктор технических наук, профессор Валеев Марат Давлетович

Официальные оппоненты:

• доктор технических наук, профессор Карамышев Виктор Григорьевич

Ведущее предприятие

- кандидат технических наук, доцент Мингулов Шамиль Григорьевич

- ООО «РН-УфаНИПИнефть»

Защита диссертации состоится 27 января 2012 г. в II00 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 21 декабря 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор чЛй*--Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Добыча нефти из многопластовых залежей связана с необходимостью выделения отдельных объектов разработки и разбуривания месторождения по самостоятельным сеткам скважин. Это связано с существенными различиями геолого-физических параметров пластов и насыщающих флюидов, а также пластовых и забойных давлений, их продуктивности и т.д.

Совместная разработка таких пластов по единой сетке скважин приводит к неполной выработке низконапорных пластов с ухудшенными фильтрационными характеристиками.

При значительной разнице пластовых давлений и сравнительно небольших расстояниях между пластами создаются условия частичного или полного прекращения притока жидкости из пласта с меньшим давлением. Вместе с тем, выработка многопластовых залежей бурением одной сетки скважин сокращает объемы эксплуатационного бурения, сроки разработки месторождения, затраты на его обустройство и др.

Для таких целей скважины переводят на эксплуатацию оборудованием, позволяющим производить независимый отбор жидкостей их двух пластов с замерами дебитов, обводненности и забойных давлений. Пластовые жидкости могут при этом смешиваться в подъемных трубах скважины или откачиваться по двухрядной системе труб.

Следует отметить отсутствие на сегодняшний день достаточно эффективного и надежного оборудования для одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) скважин, особенно с использованием установок электроцентробежных насосов (УЭЦН). Известные схемы ОРЭ либо сложны для практической реализации, либо требуют значительной реконструкции самих УЭЦН. Такие технологии исключают возможность сепарации свободного газа на приеме УЭЦН, что приводит к снижению напора насоса или к срыву его подачи. Поэтому для повышения эффективности добычи нефти из многопла-

стовых залежей требуется разработка более совершенной технологии с геолого-промысловым обоснованием перевода скважины на ОРЭ.

Цель работы - обоснование, разработка и опытно-промышленные испытания технологии одновременно-раздельной эксплуатации скважин, оборудованных установками электроцентробежных насосов с использованием струйного эжектора.

Для- решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

1. Анализ технических решений и технологий одновременно-раздельной эксплуатации скважин с использованием различных способов механизированной добычи нефти;

2. Разработка технологии ОРЭ скважин с УЭЦН с применением струйного эжектора, а также схемы компоновки контроля продукции пластов геофизическими средствами;

3. Геолого-промысловое обоснование перевода скважин с обводненной продукцией пластов на одновременно-раздельную эксплуатацию;

4. Стендовые исследования струйных насосов на жидкостях различной вязкости и опытно-промышленные испытания технологии ОРЭ с применением струйного эжектора.

Методы решения поставленных задач

При решении поставленных задач выполнены анализы известных технических решений ОРЭ скважин, а также применения струйных эжекторов в скважинных условиях. При проведении стендовых и промысловых испытаний использованы стандартные приборы глубинных измерений давления и температуры, а также поверхностных измерений дебита, давления и обводненности продукции. На базе стандартных измерений строились рабочие характеристики струйного эжектора.

Научная новизна результатов работы

1. Разработан способ дренирования низконапорного пласта эжектиро-

ванием жидкостью высоконапорного пласта с последующим поступлением

4

смеси добываемых продукций на прием элеюроцентробежного насоса в скважине;

2. Получена зависимость для расчета допустимой потери дебита нефти высоконапорного пласта с активной жидкостью для струйного эжектора при заданных параметрах обоих пластов и коэффициенте инжекции струйного агрегата;

3. Разработан графоаналитический метод определения условий перехода скважины от совместной эксплуатации пластов к одновременно-раздельной;

4. Установлено влияние вязкости эжектируемой жидкости на характеристику струйного насоса и получена экспериментальная зависимость снижения безразмерного напора от соотношения вязкостей эжектируемой и рабочей жидкостей, а также коэффициента эжекции насоса.

На защиту выносятся:

1. Методики обоснования перевода скважин на одновременно-раздельную эксплуатацию с учетом обводненности пластов, их продуктивности и отборов жидкостей;

2. Технология одновременно-раздельной эксплуатации скважин, оборудованных УЭЦН с применением струйного эжектора;

3. Результаты стендовых и опытно-промышленных испытаний технологии ОРЭ скважин с УЭЦН.

Практическая ценность и реализация результатов работы

1. Разработана технология (патент на полезную модель 1Ш 80192 Ш) и проведены стендовые и опытно-промышленные испытания ОРЭ скважин с применением струйного эжектора. Получен дополнительный приток нефти в скважине 4224 Хултурского месторождения в объеме 14,7 т/сут.

2. Предложена методика подбора геометрических параметров струйного насоса к скважинным условиям с использованием принципа кинематического подобия.

3. Предложена схема компоновки скважин для ОРЭ геофизическими средствами контроля добычи нефти из двух пластов.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты работы докладывались на П научно-практической конференции <Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности) (г. Когалым, 2006 г.), V Международной научно-практической конференции «Разработка, производство и эксплуатация турбо-, электронасосных агрегатов и систем на их основе>(СИНТ'09) (г. Воронеж, 2009 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 научных трудах, в том числе в 2 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, получен 1 патент на полезную модель.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 85 наименований. Работа изложена на 107 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 14 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи, обозначены основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе выполнены обоснование и анализ применения способа одновременно-раздельной эксплуатацией двух пластов, а также технических решений способа на базе УЭЦН.

Показано, что основной целью ОРЭ является подключение недрени-

руемых пластов на залежах с существенно различающимися пластовыми

6

давлениями и коллекторскими свойствами вскрытых пластов. В ряде случаев необходимость применения ОРЭ вызвана невозможностью совместной эксплуатации горизонтов, таких как башкирский-верейский или бобриковский-турнейский. Скважины, имеющие ограничения депрессии одного из объектов разработки и большие разницы глубин их залегания, можно также отнести к факторам обоснования применения ОРЭ.

В последние годы интерес к ОРЭ в нефтедобывающих регионах значительно возрос. К ним, прежде всего, относятся Республики Башкортостан, Татарстан, Удмуртия, Пермская и Самарская области, Западная Сибирь и др.

Одним из внедренных и апробированных в Республиках Татарстан и Удмуртия способов ОРЭ с применением УЭЦН является раздельный подъем нефти из нижнего пласта центробежным насосом, а из верхнего пласта -штанговым насосом. Погружной электроцентробежный насос заключается в кожух, переходящий ниже в насосно-компрессорные трубы (НКТ). Последние проходят через пакер, разъединяющий пласты, и служат каналом для поступления продукции нижнего пласта на прием УЭЦН. Добыча продукции верхнего пласта производится штанговым насосом, спущенным на полой колонне штанг в колонну НКТ. Разработанная технология ОРЭ имеет сложную конструкцию из-за необходимости герметизации УЭЦН в кожухе с проходящим через него кабелем.

Другая разновидность технологии ОРЭ с применением УЭЦН, испытанная в ООО «Лукойл-Западная Сибирь», включает двухсторонний агрегат с дополнительной секцией насоса, расположенного под погружным двигателем. Нижняя секция такой установки предназначена для отбора продукции нижнею пласта из подпакерной зоны скважины и откачки ее в надпакерную зону. Верхняя секция установки откачивает продукцию уже обоих пластов на дневную поверхность. Сложность подобной установки заключается в необходимости существенной реконструкции УЭЦН, установки дополнительной гидрозащиты погружного электродвигателя и др.

Общим недостатком таких технологий является исключение сепарации свободного газа на приеме центробежных насосов. Весь объем выделившегося из нефти газа, попадая в каналы рабочих колес первых ступеней, снижает напор или полностью срывает подачу насоса.

В этой связи для применения УЭЦН в технологии одновременно-раздельной эксплуатации скважин требуется разработка более простой и надежной схемы с возможностью глубинных измерений параметров пластов геофизическими методами.

Во второй главе диссертации рассмотрены опыт повышения эффективности эксплуатации УЭЦН с применением струйных эжекторов, а также разработанная технология ОРЭ скважин с их использованием.

Для добычи нефти с высоким значением газового фактора в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина разработана и внедрена на ряде объектов схема «Тандем», включающая струйный эжектор, установленный в НКТ выше погружного насоса для отбора газа из затрубного пространства. Отделившийся в сепараторе УЭЦН свободный газ, вновь попадая в НКТ, смешивается с жидкостью, совершая дополнительную работу по ее подъему.

Струйные эжекторы нашли применение для добычи нефти из наклонных и искривленных скважин. К примеру, конструкции эжекторов АНС-146 и др. (з-д «Нефтемаш») позволяют производить гидродинамические исследования скважин и менять быстроизнашивающиеся детали без подъема НКТ. В качестве активной среды используется жидкость, подаваемая под высоким давлением в НКТ поверхностным насосом.

Для одновременно-раздельной эксплуатации скважин с УЭЦН разработана схема, включающая установку струйного эжектора между пакерами, изолирующими верхний пласт. На рисунке 1 представлена схема ОРЭ со вставным насосом.

В том случае, когда нижний пласт обладает большими пластовым давлением и продуктивностью, пластовая жидкость нижнего объекта разработки, являясь активной средой, поступает в центральное сопло и, попадая в

8

эжектор, вовлекает в движение пассивную жидкость из верхнего нефтяного пласта. В случае, когда верхний пласт является высоконапорным, жидкость этого пласта, являясь активной средой, через открытые радиальные каналы поступает в центральное сопло, а жидкость из нижнего пласта является пассивной средой.

В скважину 1 спущены электроцентробежный насос 2, закрепленный в скважине с помощью пакеров 3 и 4, трубы 5, струйный насос 6 с центральным соплом 7. Отверстия 8, 9 для входа жидкости перекрываются запорными элементами (показаны условно). Верхний нефтяной пласт 11 расположен между пакерами 3 и 4, а нижний 12 - ниже пакера 4. Пакеры 3 и 4 позволяют разобщать пласты 11 и 12. Клапан отверстия 8 открыт при эжекции жидкости верхнего пласта 11, а клапан 9 открыт при эжекции жидкости нижнего пласта через канал 10. В последнем случае в устройстве предусмотрен канал, позволяющий подводить жидкость пласта 12 к наружной стороне сопла 7 (на схеме не показан). В обоих вариантах смесь жидкостей обоих пластов, проходя камеру смешения и диффузор насоса, поступает на прием насоса 2.

Для варианта ОРЭ необходим раздельный учет добываемой продукции из обоих пластов, замеры забойных давлений и обводненности жидкостей. В этой связи потребовалась разработка способа реализации таких замеров применительно к струйному агрегату.

Такая схема измерений стала возможной с применением вставного струйного насоса, спускаемого вместе с УЭЦН в пространство между предварительно установленными пакерами.

Под погружным электродвигателем насосной установки размещен погружной блок телеметрии, который соединен с эжектором с помощью геофизического кабеля 13. Внутри эжектора выполнены полости для спуска геофизических приборов 14 для измерения давления и влагос - держания, а также 15 - для дополнительного измерения дебита. Перед корпусом эжектора геофизический кабель раздваивается на жилы, которые геркзтично через корпус аппарата проходят к глубинным приборам. Один из приборов сообщается с верхним пластом, а другой - с нижним.

Спускаемый вместе с УЭЦН эжектор при этом входит в трубу 16, связывающую оба пакера, и герметизируется уплотнителыыми манжетами 17. В соединительной трубе имеются выступы, на которы; опирается вставной

эжектор своими выступами. Вход жидкости нижнего пласта в эжектор производится через полость дебитомера 15.

Для замеров используется комплексная скважинная аппаратура АГАТ-КСА-К4 НПФ «Нефтегеофизика», позволяющая в режиме реального времени измерять давление, влагосодержание и дебит жидкости.

В третьей главе диссертации выполнено обоснование и определены основные .критерии перевода скважин на одновременно-раздельную эксплуатацию, а также приведена методика подбора струйного насоса для ОРЭ скважин.

К основному условию перевода скважин на ОРЭ относится прирост добычи нефти в целом с учетом начальной обводненности обоих пластов.

Специфика разработанной технологии ОРЭ с применением струйного эжектора предполагает некоторую потерю в добыче нефти из высоконапорного пласта и увеличение добычи нефти из пласта с меньшим давлением за счет роста притока жидкости из этого пласта в целом. Поэтому при добыче нефти из обводненных пластов активная жидкость для струйного эжектора должна иметь большую обводненность, а пассивная - меньшую.

Получена формула максимально допустимой потери в добыче нефти из высоконапорного пласта, выше которой применение ОРЭ нерентабельно:

-игл * К)

где IV - коэффициент эжекции (подмешивания) струйного эжектора

(и0=Оа/сы;

<Зж1 - дебит высоконапорного пласта до спуска оборудования ОРЭ, м3/сут;

С2ж2 - дебит низконапорного пласта, м3/сут;

С^в2 - дебеты пластов по воде, м3/сут;

В1 - обводненность высоконапорного пласта, д.ед.

В тех случаях, когда совместная эксплуатация двух объектов разработки позволяет извлекать жидкость из обоих пластов в необходимых объемах,

И

применение ОРЭ нецелесообразно. И, напротив, при малых или нулевых отборах жидкости из пласта с меньшим давлением при их совместном отборе из разных горизонтов применение ОРЭ становится целесообразным.

Рассмотрены условия притока жидкости из пластов при их совместной эксплуатации. За исходные параметры приняты глубины залегания кровли нижнего L| и верхнего L2 пластов, пластовые давления P^j и Р^, суммарный дебит Qc, коэффициенты продуктивности пластов Kj и Кг, забойные давления РШб.1 и Р,аб.2. динамический уровень жидкости в скважине Hg, плотность нефти р.

Расчетное уравнение дебита жидкости из высоконапорного пласта при его нижнем расположении имеет вид:

Qi = Ki [Рпл.1 - Pnn.2 - Pg (Li~ L))]. (2)

Формула (2) показывает, что забойное давление на глубине Lj будет складываться из пластового давления верхнего пласта и гидростатического давления за счет глубины Lj - L2.

На рисунке 2 представлены зависимости дебитов пластов Qi и Q2 (нижний пласт № 1 принимается высоконапорньш), а также суммарного дебита Qc от уровня жидкости в скважине. Hcr.i и Н^г - статические уровни, создаваемые пластовыми давлениями Р„лл и Рщ,.2- Углы наклонов линий 1 и 2 характеризуют коэффициенты продуктивности пластов К| и Кг. В данном случае продуктивность низконапорного пласта ниже высоконапорного. Кроме того, на конкретном примере приведен линейный закон фильтрации жидкости из обоих пластов. На рисунке 2 линия 3 характеризует суммарный приток жидкости из пластов Qc. Видно, что до значений Н = Нст.2 поступление жидкости из пласта № 2 отсутствует, и дебит скважины определяется только дебитом высоконапорного пласта № 1. При Н > Н^г в скважину начинает поступать жидкость из низконапорного пласта № 2.

Перед эксплуатацией оба пласта скважины исследуются на приток с

целью определения их коэффициента продуктивности. Учитывая, что дебиты

каждого пласта связаны между собой через общий динамический уровень

12

жидкости в скважине, произвольно задавать отборы жидкости из каждого пласта невозможно. Можно задать либо общий отбор жидкости (Зс, либо

1 - СЬ (дебит высоконапорного пласта);

2 - (дебит низконапорного пласта);

3 -С?с (суммарный дебит);

I, II, III - режимы эксплуатации скважины

Рисунок 2 - Зависимость дебита от уровня жидкости в скважине

На рисунке 2 режим I показывает схему определения дебитов С}) и СЬ при заданном дебите С>с. Горизонтальная линия <3 = С>с пересекает линию 3 в точке «с».

Из точки «с» проведенная вертикальная линия пересекает линию 1 в точке «Ь», а горизонтальная ось - в точке Н = Нв.]. Таким образом, дебит

13

верхнего пласта будет соответствовать величине отрезка «сЬ», а уровень жидкости в скважине - величине Н^. Дебит высоконапорного пласта будет соответствовать точке «Ь».

В другом случае (режим II) при заданной величине <3С находится точка «е», а вертикаль, проведенная вниз, определяет дебиты верхнего пласта («её») и нижнего (точка «с!»), а также уровень жидкости в скважине Н^.

На рисунке 2 приведен режим Ш, при котором приток жидкости из низконапорного пласта будет отсутствовать.

При режиме III необходимость перевода скважины на ОРЭ очевидна из-за полного отсутствия притока жидкости из пласта № 2. Однако для режимов I и II требуется дополнительный анализ. С одной стороны, увеличивая (2С и Н можно добиться существенного увеличения СЬ (соответственно и (2(). Однако рост (3| может быть ограничен максимально допустимой депрессией на пласт № 1. Если при этом необходимый дебит (Зг не будет достигнут, требуется применение технологии ОРЭ. При достижении дебитами и (Зг достаточных величин геологической службой добывающей организации принимается решение о совместной эксплуатации обоих пластов без применения ОРЭ.

Другой причиной, сдерживающей увеличение <3С и Н с целью вызова достаточного притока из пласта № 2, является ограниченная возможность применения насосного оборудования. Отбор жидкости с дебитом ()с при достаточно большой глубине Н может оказаться невозможным существующим оборудованием, выпускаемым промышленностью. Если предельно возможный отбор жидкости С2с с глубины Н серийным оборудованием невозможен для обеспечения дебита СЬ, возникает также необходимость применения ОРЭ скважины.

Геолого-промысловое обоснование ОРЭ производится анализами текущих пластовых давлений в зоне отбора жидкостей, проницаемости обоих пластов, выработанности запасов, обводненности добываемых жидкостей и

разницы отметок кровли пластов. При небольшой разнице этих отметок и существенных различиях других параметров целесообразность ОРЭ возрастает.

Анализ многопластовых залежей Когалымской группы месторождений показал наибольшую перспективу применения ОРЭ пластов БС-10-1 и БС-11-2 Южно-Ягунского месторождения. Выявлены существенные разницы проницаемости этих пластов (37,7 мД и 118 мД), выработанности запасов (31,8 % и 72,1 %), текущих пластовых давлений (17,3 МПа и 19,2 МПа), обводненности (82,7 % и свыше 90 %) при разнице в отметках кровли пластов 62 м. Для внедрения ОРЭ была выбрана скважина 1185/88.

Наиболее простой и достаточно точной методикой расчета струйного насоса является методика Л.Г. Подвидза и Ю.Л. Кирилловского, основанная на базе кинематического подобия. Многообразие геометрических характеристик подобных насосов сводится к основному безразмерному критерию, представляющему параметр:

K = (3)

где DK - диаметр цилиндрической камеры смешения; dc — диаметр сопла аппарата.

Для разных значений критерия К строятся зависимости безразмерного перепада давления АР от коэффициента эжекции U0. Величина ДР рассчитывается:

"наг- "вх

где Рнаг, Рвх - давления нагнетания рабочей среды на выкиде насоса и во всасывающей полости насоса. Огибающая полученных кривых представляет собой кривую максимально возможного коэффициента полезного действия (КПД) насоса.

На параметры работы струйного агрегата влияет параметр Рейнольдса

Re жидкости. В скважинных условиях его нельзя не учитывать ввиду того,

что вязкости рабочей и эжекгируемой жидкостей могут кратно отличаться

друг от друга. В частности, это целиком относится к случаю, в котором рабо-

15

ней средой, поступающей из обводненного пласта, является вода, а эжекти-руемой жидкостью другого пласта - нефть.

В этой связи для обеспечения подобия при проектировании струйного насоса автором исследовано влияние на его работу дополнительного критерия, в качестве которого использовалось соотношение вязкостей рабочей и эжекгируемой жидкостей:

Дц=£, (5)

п.

где (¿2 - динамическая вязкость эжектируемой жидкости; ^ - то же рабочей жидкости.

Исходя из технико-экономических соображений в качестве рабочей жидкости ■ наиболее вероятным является использование высокообводненного пласта, т.е. за величину ^ следует выбрать вязкость пластовой воды.

Располагая огибающей кривой ДР = Г (ио) для заданного соотношения вязкостей нефти и пластовой воды показана методика расчета и подбора струйного насоса для конкретной скважины.

В четвертой главе диссертации приведены результаты стендовых и опытно-промышленных испытаний технологии ОРЭ при помощи двух типов насосов в скважинах 1185/88 и 4224, оборудованных УЭЦН.

Предварительно были проведены лабораторные испытания на стенде, позволяющем исследовать работу струйного насоса с жидкостями различной вязкости.

Лабораторный стенд (рисунок 3) по испытаниям струйного насоса состоял из струйного насоса I, центробежного насоса 2 (1,5 к-б) для подачи рабочей жидкости в сопло, двух емкостей для масла 3 и воды 4 с боковыми прозрачными трубками для измерения расходов, сборной емкости 5 с прозрачной вставкой для слежения за уровнем раздела «масло - вода», манометрами 6,7 и 8, кранами 9,10, 11,12,13,14,15,16 и 17.

В емкость 3 поочередно запивались трансформаторное масло с вязкостью 28,0 мПа-с, керосин с вязкостью 2,5 мПа-с и минеральное масло с вязкостью 59,0 мПа-с при 20 °С.

Рисунок 3 - Принципиальная схема лабораторного стенда

по исследованию влияния вязкости подмешиваемой жидкости на рабочую характеристику струйного аппарата

Лабораторный стенд позволял таким образом моделировать систему ОРЭ в скважине, оборудованной УЭЦН, в которой рабочей жидкостью была вода высоконапорного пласта, а эжектируемой - нефть различной вязкости низконапорного пласта. Испытывался насос с диаметром сопла 6,5 мм и диаметрами камер смешения 8,10 и 18 мм.

На рисунке 4 показана серия огибающих кривых, полученных при подмешивании воды (1), керосина (2), трансформаторного (3) и минерального (4) масел. Видно, что увеличение вязкости подмешиваемой жидкости при-

17

водит к существенному ухудшению напорной характеристики струйного насоса. Это ухудшение связано с ростом гидравлических сопротивлений во всасывающей камере насоса и в самой камере смешения.

1 - 1,0; 2 - 2,5; 3 - 28,0; 4 - 59,0

Рисунок 4 - Зависимости ДР0 от Ц, при максимальном КПД струйного насоса при соотношениях вязкости Дц

При этом с ростом коэффициента эжекции влияние вязкости подмешиваемой среды на характеристику струйного насоса уменьшается. Очевидно, это связано с тем, что увеличение давления нагнетания рабочей жидкости, а следовательно и ее скорости, способствует большему вовлечению эжекти-руемой жидкости в камеру смешения аппарата. И, напротив, при малой скорости истечения рабочей жидкости из сопла вовлечение вязкой среды в ка-

меру смешения вообще может не произойти, и коэффициент ио обратится в нуль.

На рисунке 5 приведены зависимости относительной величины безразмерного перепада давления струйного насоса с максимальным КПД (ДР0) от соотношения вязкостей подмешиваемой и рабочей жидкостей при разных коэффициентах подмешивания ио. Видно, что величина ДР0, рассчитанная по (4) для подмешивания воды, уменьшается с ростом соотношения Ц2/Ц1.

1.0

ЛРо

0."5

0.50

0.25

0 30 60 М2/И1 90

1-0,3; 2-0,5; 3-0,8

Рисунок 5 - Зависимость относительной величины АР0 от соотношения вязкостей эжекгаруемой и рабочей жидкостей при и0

Из рисунка 5 видно, что с ростом Цг/Ц] значение ДР0 все более снижается. При этом степень снижения возрастает с уменьшением коэффициента эжекции ио.

Серия кривых на рисунке 5 описывается зависимостью вида:

X

др0=А(4д2+в(41)+с, (6)

где А и В зависят от коэффициента эжекции ио, а с = 1.

На рисунке 6 представлены графики зависимости коэффициентов А и В от коэффициента ио. Эти зависимости для струйного насоса описываются соответственно формулами:

А = -0,117-10'5-ио-3'39; (7)

В=-а,167Ю-3-ио_:2,10. (8)

В таком случае окончательный вид формулы (б) будет: ДР0 = 10° 4<~ 0,117-10"2 ио'3-39 ф-0,167-ио'2"10) + 1. (9)

Рисунок 6 - Зависимость коэффициентов А и В от коэффициента эжекции U0

В скважине 1185/88, наиболее отвечающей требованиям ОРЭ, испыты-вапся невставной вариант струйного насоса конструкции ООО «КогалымНИ-ПИнефтвх

Схема ОРЭ этой скважины позволяла использовать практически полностью обводненную продукцию пласта БС-11-2 в качестве рабочей жидкости эжектора, а продукцию пласта БС-10-1 - в качестве эжекгируемой.

В результате испытаний был получен дополнительный приток нефти из пласта БС-10-1 в объеме 0,7 т/сут.

Схема вставного варианта эжектора более технологична при спуско-подъемных операциях и для обеспечения контроля за параметрами эксплуатации пластов.

На скважине 4224 Хултурского месторождения в период с 12.02.2010 г. по 05.06.2010 г. были проведены опытно-промышленные испытания вставного варианта ОРЭ с УЭЦН-400-1000. При испытаниях получен дополнительный приток нефти в объеме 14,7 т/сут. Глубина спуска УЭЦН составила при этом 1313 м, а струйного эжектора - 1940 м. Глубины кровель пластов Р, и Т| юрских отложений соответствовали 1941 м и 1965 м.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Выполненный анализ технологий одновременно-раздельной эксплуатации скважин с УЭЦН показал сложность и низкую надежность конструктивных решений подземного оборудования и невозможность сепарации свободной газовой фазы на приеме насосов.

2. Разработаны способ и технология ОРЭ с использованием геофизических средств контроля в скважинах с УЭЦН, основанные на применении струйного эжектора, позволяющего за счет энергии высоконапорного пласта дополнительно эжектировать жидкость низконапорного пласта и направлять их смесь на прием УЭЦН. Получена теоретическая формула для определения допустимой потери добычи нефти из высоконапорного пласта, жидкость которого используется в качестве активной среды для струйного эжектора.

3. Выполнено обоснование перевода скважин на ОРЭ и созданы методические основы определения условий рационального применения техноло-

гии, а также подбора струйного эжектора для заданных параметров пластов с использованием принципа кинематического подобия.

4. Проведены стендовые испытания струйного насоса на жидкостях различной вязкости. Установлено влияние вязкости эжектируемой жидкости на характеристику струйного насоса и получена экспериментальная зависимость снижения безразмерного перепада давления в насосе от соотношения вязкостей эжектируемой и рабочей жидкостей при различных коэффициентах подмешивания.

5. Согласно разработанным технологиям проведены опытно-промышленные испытания технологии ОРЭ со вставным типом струйного насоса на скважине 4224 Хултурского месторождения. Получен дополнительный приток нефти в объеме 14,7 т/сут.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

Ведущие рецензируемые научные журналы

1. Ведерников В Л., Рыжов ЕЛ. Принципиальные основы выбора эжектора для одновременно-раздельной эксплуатации скважин с УЭЦН Н Бурение и нефть. - М.: ВНИИОЭНГ, 2009. - № ?. - С. 49-51.

2. Валеев М.Д., Бортников А.Е., Попова ЛЗ., Ведерников ВЛ. Обоснование и основные условия перевода скважин на одновременно-раздельную эксплуатацию // Нефтяное хозяйство. - М., 2011. - № 8. - С. 64-67.

Патент

3. Патент на полезную модель ЬШ 80192 Ш. Струйная установка для эксплуатации многопластовых месторождений / В Л. Ведерников (РФ). -Заявлено 20.08.2008; Опубл. 27.01.2009.

Прочие печатные издания

4. Ведерников ВЛ. Лабораторные испытания струйного насоса для ОРЭ скважин // Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути

повышения его эффективности. Сб. докл. 2-ой научн.-практ. конф. - Кога-лым, 2006. - Доп. том. - С. 20-23.

5. Ведерников В .Я. Основы выбора параметров струйного насоса для ОРЭ // Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности. Сб. докл. 2-ой научн.-практ. конф. - Когалым, 2006. - Доп. том 2. - С. 51-53.

6. Валеев М.Д., Ведерников В.Я. Вставной вариант применения струйного эжектора для ОРЭ скважин // Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности. Сб. докл. 2-ой научн.-практ. конф. - Когалым, 2006. - Доп. том 3. - С. 36-39.

7. Ведерников В.Я., Валеев М.Д. Схема обеспечения ОРЭ в скважинах с УЭЦН геофизическими приборами контроля // Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности. Сб. докл. 2-ой научн.-практ. конф. - Когалым, 2006.- Доп. том 3. - С. 40-42.

Фонд содействия развитию научных исследований. Подписано к печати 14.12.2011 г. Бумага писчая. Заказ № 309. Тираж 100 экз. Ротапринт ГУП «ИГГГЭР». 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ведерников, Владимир Яковлевич

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ УЭЦН В СКВАЖИНАХ С ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ (ОРЭ) ]цВУХ ПЛАСТОВ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТРУЙНЫХ ЭЖЕКТОРОВ В НАСОСНЫХ

УСТАНОВКАХ.

1.1 Обоснование и основные причины применения технологий ОРЭ в добывающих скважинах.

1.2 Обзор1 технических решений и технологий ОРЭ в скважинах с УЭЦН и опыт их внедрения в нефтедобывающих регионах.

2. ПРИМЕНЕНИЕ СТРУЙНЫХ НАСОСОВ В НЕФТЕДОБЫЧЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ОРЭ С УЭЦН.

2.1. Практика повышения эффективности эксплуатации скважин с УЭЦН в тандеме со струйным насосом.

2.2. Технология применения струйного насоса для одновременно-раздельной эксплуатации скважин с УЭЦН.

2.3. Геофизические методы и средства контроля ОРЭ скважин

ВывоД

ОБОСНОВАНИЕ И ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ ПЕРЕВОДА СКВАЖИН НА ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНУЮ ЭКСПЛУАТАЦИЮ.

3.1 Гранины перехода совместной эксплуатации двух пластов в одновременно-раздельную.

3.2. Область І рационального применения ОРЭ для обводненных нефтяных пластов.

3.3. Обоснование и выбор скважин для ОРЭ по геолого-промысл<|)вым характеристикам залегающих пластов.

3.4. Методика подбора струйного насоса для ОРЭ скважины и расчета его геометрических параметров.

Выводы.,!.

4. СТЕНДОВЫЕ И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОРЭ В СКВАЖИНАХ С

УЭЦН.|.

4.1. Стендовое испытания струйного насоса на жидкостях различно^ вязкости.

4.2. Опытно-промышленные испытания технологии ОРЭ на скважина!х.

Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование и совершенствование технологии одновременно-раздельной эксплуатации скважин с УЭЦН применением струйного эжектора"

Добыча нефти из многопластовых залежей связана с необходимостью выделения отдельных объектов разработки и разбуриванием месторождения по самостоятельным сеткам скважин. Связано это с существенными различиями геолого-физических параметров пластов и насыщающих

• 1 флюидов, а также! пластовых и забойных давлений, их продуктивности и т.д. |

Совместная! разработка таких пластов по единой сетке скважин приводит к неполной выработке низконапорных пластов с ухудшенными фильтрационными характеристиками.

При значительной разнице пластовых давлений и сравнительно небольших расстояниях между пластами создаются условия частичного или I полного прекращения притока жидкости из пласта с меньшим давлением. Вместе с тем,1 выработка многопластовых залежей бурением одной сетки скважин сокращает объемы эксплуатационного бурения, сроки разработки месторождения, затраты на его обустройство и др.

Для таких целей скважины переводят на эксплуатацию оборудованием, позволяющим производить независимый отбор жидкостей их двух пластов с I замерами дебитов, обводненности и забойных давлений. Пластовые жидкости могут при этом смешиваться в подъемных трубах скважины или откачиваться по двухрядной системе труб.

Следует | отметить отсутствие на сегодняшний день достаточно эффективного !и надежного оборудования ОРЭ для эксплуатации скважин, особенно с ¡использованием электроцентробежных насосов (УЭЦН). Известные схемы ОРЭ либо сложны для практической реализации, либо требуют значительной реконструкции самих УЭЦН. Такие технологии I исключают возможность сепарации свободного газа на приеме УЭЦН, что приводит к снижению напора насоса или к срыву его подачи. Поэтому для повышения эффективности добычи нефти из многопластовых залежей требовалась раз промысловым обе эаботка более совершенной технологии с геолого-снованием перевода скважины на ОРЭ.

Целью выполненной работы является обоснование, разработка и опытно-промышленные испытания технологии одновременно-раздельной эксплуатации , скважины установкой электроцентробежного насоса с использованием струйного эжектора.

Основные задачи исследования

1 .Анализ технических решений и технологий одновременноI

раздельной эксплуатации скважин с использованием различных способов механизированной добычи нефти.

2.Разработк!а технологии ОРЭ скважин с УЭЦН с применением струйного эжектора, а также схемы компоновки геофизическими средствами контроля продукции пластов. I

3.Геолого-промысловое обоснование перевода скважин с обводненной продукцией пластов на одновременно-раздельную эксплуатацию.

4.Стендовые исследования струйных насосов на жидкостях различной вязкости и 1 опытно-промышленные испытания технологии ОРЭ с применением струйного насоса.

Методы исследования

При решении поставленных задач выполнен анализ известных технических решений ОРЭ скважин, а также применения струйных эжекторов в | с|сважинных условиях. При проведении стендовых и промысловых испытаний использованы стандартные приборы глубинных „ і измерении давления и температуры, а также поверхностных измерении дебита, давления и обводненности продукции. На базе стандартных измерений строились рабочие характеристики струйного эжектора.

1.Разработав эжектированиём

Научная новизна способ дренирования низконапорного пласта жидкостью высоконапорного пласта с последующим поступлением, | смеси добываемых продукций на прием I электроцентробежного насоса в скважине.

2.Получень* зависимости для расчета допустимой потери дебита нефти | высоконапорн6ГО| пласта с активной жидкостью для струйного эжектора при I заданных параметрах обоих пластов и коэффициенте инжекции струйного агрегата. I I

3. Разработаны графоаналитический метод определения границы перехода от совместной эксплуатации пластов к одновременно-раздельной.

4.Установлено влияние вязкости эжектируемой жидкости на I характеристику | струйного насоса и получена экспериментальная зависимость сникения безразмерного напора от соотношения вязкостей эжектируемой1 и рабочей жидкостей, а также коэффициента подмешивания I насоса.

Основные защищаемые положения I

1.Методйки| обоснования перевода скважин на одновременно-раздельную ¿эксплуатацию с учетом обводненности пластов, их продуктивности е отборов жидкостей.

2.Технология одновременно-раздельной эксплуатации скважин, 1 оборудованных УЗЦН с применением струйного эжектора.

3.Результата стендовых и опытно-промышленных испытаний I технологии ОРЭ с УЭЦН.

Практическая ценность и реализация результатов работы

1 |

1 .Разработана технология (патент РФ на полезную модель №80192 Ш) и проведены стендовые и опытно-промышленные испытания ОРЭ скважин с применением струйного эжектора. Получен дополнительный приток нефти в I объеме 14,7 т/сут 'в скважине 4224 Хултурского месторождения.

2.Предложена методика подбора геометрических параметров струйного насоса к скважинным условиям с использованием принципа кинематического подобия. I

3.Предложена схема компоновки скважин с ОРЭ геофизическими средствами контроля добычи нефти из двух пластов.

Аппробация работы

Основные положения диссертации докладывались на II научно-практической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути! повышения его эффективности» (г.Когалым, 2006г.), Всероссийской конференции «СИНТ 09» (г.Воронеж, 2009г.).

Публикации

По теме ¡диссертации опубликовано 7печатных работ, из которых 2 опубликованы, в йзданиях, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ, 1 патент, РФ на полезную модель. В работах, опубликованных в соавторстве, 1 автору принадлежат постановка задач, теоретические исследования, анализ и обобщение результатов проведения стендовых и

I I промысловых исследовании.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных

Заключение Диссертация по теме "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", Ведерников, Владимир Яковлевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 .Выполненный анализ технологий одновременно-раздельной эксплуатации скважин с УЭЦН показал сложность и низкую надежность конструктивных ¡решений подземного оборудования и невозможность сепарации свободной газовой фазы на приеме насосов. )

2.Разработаны способ и технология ОРЭ с использованием геофизических средств контроля в скважинах с УЭЦН, основанные на применении струйного эжектора, позволяющего за счет энергии высоконапорного; пласта дополнительно эжектировать жидкость

• ! низконапорного пласта и направлять их смесь на прием УЭЦН. Получена теоретическая 'фоЬмула для определения допустимой потери в добыче нефти высоконапорного пласта, жидкость которого используется в качестве активной средьг для струйного эжектора.

3.Выполнено обоснование перевода скважин на ОРЭ и созданы методические ; основы определения условий рационального применения технологии, а также подбора струйного эжектора для заданных параметров I пластов с использованием принципа кинематического подобия.

4.Проведены стендовые испытания струйного насоса на жидкостях различной вязкости. Установлено влияние вязкости эжектируемой жидкости на характеристику струйного насоса и получена экспериментальная зависимость снижения безразмерного перепада давления в насосе от соотношения вязкостей эжектируемой и рабочей жидкостей при различных I коэффициентах подмешивания.

5.Согласно разработанных технологий проведены опытно-промышленные испытания технологии ОРЭ со вставным типом струйного насоса на скв.4224 Хултурского месторождения. Получен дополнительный приток нефти в объеме 14, 7 т/сут.