СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОПТИМИЗАЦИИ И КОНТРОЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН, ОБОРУДОВАННЫХ СТРУЙНЫМИ НАСОСАМИ, И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E21B44/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к гидроприводным установкам, использующим гидравлический канал передачи энергии на забой к струйному или иному гидроприводному насосу.

Гидроприводные установки для добычи нефти известны. Это, как правило, насосные наземные установки с узлом подготовки рабочей жидкости, распределительной гребенкой и скважинным гидроприводным насосом. В последние годы распространение получают струйные насосы. Также установки описаны в справочниках и каталогах.

В этих установках обеспечивается контроль за расходом и регулированием рабочей жидкости, но нет упоминаний о контроле полезной производительности, тем более уточненного. Очевидно предполагается использование традиционных замерных установок типа "Спутник".

При низкой их точности оценка дебита еще более снижается, так как дебит лишь часть измеряемой величины потока смеси добытой и рабочей жидкости.

Это приводит к работе в невыгодных режимах как для лучшей нефтеотдачи, так и энергозатрат на единицу произведенной работы.

Частично улучшить положение можно увеличивая объем гидродинамических исследований скважин, а следовательно, трудозатрат, простоев.

В эксплуатации нефтяных скважин также исследования имеют важное значение, одним из результатов которых является построение индикаторной кривой, характеризующий продуктивность скважины, изменение которого требует регулярного повторения исследований.

Эти работы трудоемки, поэтому доля исследованных скважин остается низкой.

Это ведет к ошибкам в подборе оборудования, работе его с низким КПД и режимом не обеспечивающим лучшей нефтеотдачи.

В большей или меньшей степени это относится ко всем способам добычи, но особое значение имеет при эксплуатации струйными насосами, так как энергозатраты прямо связаны с выбором правильных геометрических размеров проточных деталей.

Ближайшим аналогом следует считать Журнал "Нефть, газ и нефтехимия за рубежом", N 1, 1991, с. 23, в котором раскрыт "Способ исследования, оптимизации и контроля эксплуатации скважин, оборудованных струйными насосами и установка для его осуществления". Способ включает проведение гидродинамических исследований с контролированием дебита скважины и расхода рабочей жидкости, построение индикаторной кривой, оценку оптимальности режима работы и выбор элементов струйного насоса для обеспечения оптимального режима работы.

Установка для осуществления способа включает наземную силовую насосную станцию с гравитационным сепаратором, систему контроля и управления и систему сбора.

Известные способ и установка предполагают длительный и непрерывный контроль параметров, связаны с частыми отказами и авариями.

Заявляемое изобретение направлено на улучшение показателей извлечения нефти, обеспечения повышения точности контроля, решения проблем оптимизации при сокращении трудозатрат и простоев скважин, контроля за состоянием продуктивности скважин, упрощения конструкции за счет исключения из схемы специализированных групповых установок, замера дебита.

Решение поставленной задачи достигается тем, что исследование эксплуатируемых скважин проводят с помощью предварительно подобранного струйного насоса, повышенной точности оценки дебита и расхода рабочей жидкости, расчетной оценки забойного давления, построения индикаторной кривой, пересчета геометрических размеров элементов струйного насоса, их замены для достижения требуемых забойных давлений и дебита при минимальных энергозатратах. Предлагается так же установка, позволяющая реализовать оптимальную эксплуатацию струйных насосов.

В известной установке, содержащей скважинный струйный насос, узел подготовки рабочей жидкости с гравитационным сепаратором, силовой наземный насос и систему контроля и управления, согласно изобретению гравитационный сепаратор снабжен датчиком массы и управляемым им переключателем потока, направляющем поток смеси поступающей из скважины в сепаратор или в систему сбора нефти. Датчик массы фиксирует изменение массы сепаратора на заданную величину и время изменения массы сепаратора в пределах допустимого изменения уровня в нем.

Уменьшение массы сепаратора при направлении потока в систему сбора обеспечивается за счет расхода рабочей жидкости, который определяется а увеличение массы при направлении потока в сепаратор происходит за счет полезной производительности скважинного струйного насоса, притока жидкости из продуктивного пласта где ΔG изменение массы, T₁ и T₂ - время уменьшения и увеличения массы, а G₁ и G₂ расход рабочей жидкости и производительность (дебит) скважинного струйного насоса соответственно.

Точность оценки расходов определяется точностью ΔG T₁ и T₂ и может достигать любой заданной величины и не зависит от качества сепарации нефти от газа основного источника погрешности. Содержание воды и газа может оцениваться взятием проб или с помощью соответствующих датчиков.

Изменением расхода и соответственно давления рабочей жидкости обеспечивается изменение дебита. Для каждого режима может быть определено расчетом вручную или с помощью микропроцессорной техники забойное давление, а следовательно, построена индикаторная кривая.

Если струйный насос при необходимой производительности работает с низким КПД, производится пересчет и замена требуемых для оптимального режима размеров насадка и камеры смешения, и повторным контролем убеждаются в достижении требуемых параметров и минимальных энергозатрат.

Глубина исследований может быть расширена: имеется возможность аналитически оценивая давление на выкиде струйного насоса, определить газосодержание в лифте и газовый фактор, пластовое давление и т.д.

Конструкция установки поясняется чертежом.

Сепаратор 1, оснащен регулятором уровня сливного типа 2, вводным патрубком 3 и насадком 4. Сепаратор оснащен датчиком массы 5, управляющим через блок системы контроля 6 переключателем 7. Насадок 4 обеспечивает подачу отстоянной жидкости на прием силового насоса 8, подающего рабочую жидкость под давлением к сважинному струйному насосу 9. Смесь добытой и рабочей жидкости возвращается из скважины к переключателю 7, направляющего поток в сепаратор или в систему сбора, обеспечивая изменение массы сепаратора на заданную величину ΔG, фиксируя время изменения T₁ и T₂ в блоке системы контроля 6.

Изобретение реализуется следующим образом.

Вначале по предварительным и неточным данным рассчитывается струйный насос и выбираются геометрические размеры насадка и камеры смешения с некоторым запасом по производительности и устанавливает в скважину. Затем установка запускается в работу, начиная с наименьших расходов рабочей жидкости. После стабилизации режима расчетом оценивается забойное давление и принимается решение об увеличении расхода рабочей жидкости и возможности снижения забойного давления и увеличении дебита. Увеличение дебита под контролем забойного давления позволяет построить индикаторную кривую и принять требуемый режим работы скважин. Оптимальность работы струйного насоса оценивается по соотношению скоростей на входе в камеру смешения на выбранном режиме, определяющем КПД струйного насоса.

Если КПД не достигает расчетной величины, производится расчет по данным индикаторной кривой новых значений размеров насадка и камеры смешения, производится замена их и повторным испытанием убеждаются в достижении требуемой производительности при высоком КПД и оставляют в работе. Если предполагается эксплуатация скважины иными средствами, то для расчета используется индикаторная кривая.

После установления режима до следующего контроля скважины переключатель 7 направляет поток в сепаратор, а уровень жидкости в нем поддерживается регулятором уровня сливного типа 2. При этом обеспечивается сброс в систему сбора с нижнего уровня, наиболее загрязненной и обводненной жидкости, способствуя зачистке сепаратора.

Использование такой установки, обеспечивающей оценку дебита, делает излишними групповые замерные установки, например типа "Спутник", с их низкой точностью, металлоемкостью.

Основное достоинство: простая технология достижения требуемых технологических параметров работы скважины при минимальных энергозатратах, при простоте конструкции и минимальных трудозатратах.

Использование: изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к подъему нефти и других жидкостей из скважин с гидроприводом. Сущность изобретения: проводят гидродинамические исследования. Контролируют дебит и расход рабочей жидкости. Оценивают оптимальность режима работы и выбирают элементы струйного насоса с определенными геометрическими размерами. Определяют забойные давления расчетом при работе струйного насоса в переменном режиме. Уточняют значения расхода рабочей жидкости и дебита скважины. Оценку оптимальности режима проводят по наибольшим значениям КПД при требуемой производительности, пересчете размеров элементов струйного насоса, их замены и окончательного контролирования забойного давления, расхода рабочей жидкости и дебита скважины. Для этого между скважиной гравитационным старатором и системой сбора устанавливают переключатель потока. Датчик массы гравитационного сепаратора фиксирует изменение массы во времени на заданную величину в пределах допустимого изменения уровня жидкости в сепараторе и воздействует на переключатель потока для обеспечения периодической оценки расхода рабочей жидкости и производительности струйного насоса. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ исследования, оптимизации и контроля эксплуатации скважин, оборудованных струйными насосами, включающий проведение гидродинамических исследований с контролированием дебита скважины и расхода рабочей жидкости, построение индикаторной кривой, оценку оптимальности режима работы и выбор элементов струйного насоса для обеспечения оптимального режима работы, отличающийся тем, что при гидродинамических исследованиях определяют забойные давления путем расчета с учетом геометрических размеров элементов предварительно подобранного струйного насоса, работающего в переменном режиме работы по уточненным значениям расхода рабочей жидкости и дебита скважины, а оценку оптимальности режима проводят по степени достижения наибольшего КПД при требуемой производительности, пересчете размеров элементов струйного насоса, их замены и окончательного контролирования забойного давления, расхода рабочей жидкости и дебита скважины. 2. Установка для исследования, оптимизации и контроля эксплуатации скважин, оборудованных струйными насосами, включающая наземную силовую насосную станцию с гравитационным сепаратором, систему контроля и управления и систему сбора, отличающаяся тем, что она снабжена переключателем потока между скважиной, гравитационным сепаратором, системой сбора и датчиком массы гравитационного сепаратора, при этом последний выполнен с возможностью фиксирования изменения массы гравитационного сепаратора во времени на заданную величину в пределах допустимого изменения уровня жидкости в гравитационном сепараторе и связан через систему контроля и управления с переключателем потока для обеспечения периодической оценки расхода рабочей жидкости и производительности струйного насоса путем переключения потока жидкости, поступающей из скважины в гравитационный сепаратор или в систему сбора.