СПОСОБ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче нефти и эксплуатации добывающих скважин глубинно-насосными установками.

Известен способ добычи нефти путем осуществления периодических циклов всасывания и нагнетания нефти [2]. Из скважины откачивают нефть до тех пор, пока в изнашивающемся насосе утечки не достигнут предельных значений, обычно составляющих более половины от теоретической производительности. Дальнейшая эксплуатация скважины становится невыгодной из-за больших удельных затрат электроэнергии.

Недостатками способа являются его низкая эффективность из-за накапливающегося недобора нефти и сохраняющиеся большие расходы энергии.

Известен способ добычи нефти путем осуществления периодических циклов всасывания и нагнетания нефти и изменения режимов циклов при возрастающих утечках нефти [1]. При этом добыча нефти не уменьшается, несмотря на износ насоса и возрастание утечек жидкости. Это достигается тем, что утечки компенсируются форсированием режима откачки, а именно по мере роста утечек увеличивают частоту качаний станка-качалки. Однако в этом случае поддержание прежней производительности требует увеличения потребляемой мощности электродвигателя, что повышает экономические затраты.

В изобретении решается задача снижения экономических затрат за счет уменьшения расхода энергии, необходимой для подъема нефти.

Поставленная задача достигается тем, что в способе добычи нефти глубинно-насосной установкой и станком-качалкой с осуществлением периодических циклов всасывания и нагнетания нефти и изменения режимов циклов при возрастающих утечках нефти, согласно изобретению изменение режимов циклов производят уменьшением продолжительности всасывания и увеличением продолжительности нагнетания при сохранении продолжительности цикла и потребляемой мощности, при этом для сохранения потребляемой мощности привод глубинно-насосной установки уравновешивают.

Симметричный цикл откачки, характеризующийся одинаковым временем хода вверх (всасывание) и хода вниз (нагнетание) насоса, заменяют на асимметричный цикл, при котором ход вверх осуществляют быстрее, чем ход вниз, сохраняя неизменной общую продолжительность цикла. Это позволяет уменьшить величину утечек жидкости через изнашивающийся насос, так как сокращается время хода вверх, когда происходят утечки. Одновременно с этим завышенная при ходе вверх мощность двигателя компенсируется уменьшенной мощностью его при ходе вниз. Уравновешивание привода глубинно-насосной установки позволяет обойтись без увеличения установленной мощности двигателя.

Пример конкретного выполнения.

Скважину эксплуатируют глубинно-насосной установкой с насосом диаметром 44 мм, длиной хода 3 м и числом качаний 8 ходов в минуту. Коэффициент подачи нового насоса (т. е. отношение фактической подачи к теоретической) равен 0,85. При этом режиме откачки дебит скважины составляет
Q = 1440•f_п•S•n•α;м³/сут.,
где
f_п - площадь плунжера, м²;
S - длина хода насоса, м;
n - число качаний, ход/мин;
α - коэффициент подачи насоса;
Q = 1440•15,2•10^-4•3•8•0,85 = 44,6 м³/сут.

Добычу нефти осуществляют путем осуществления периодических циклов всасывания и нагнетания нефти.

По мере износа насоса (плунжерной пары и клапанов) коэффициент подачи насоса α из-за возрастающих утечек жидкости снижается с темпом 2% в месяц.

В предложенном способе высокую накопленную добычу в объеме 24,1 тыс. м³ обеспечивают за счет постепенного увеличения асимметричности цикла работы глубинно-насосной установки. Коэффициент подачи насоса при асимметричном цикле определяют выражением
α_ас= 1-C_ac(1-α),
где
C_ac-t↑/t↓ - коэффициент асимметричности цикла;
t↑ - время хода насоса вверх, с;
t↓ - время хода насоса вниз, с.

Для того, чтобы коэффициент подачи насоса α_ac не уменьшался из-за снижения α и суточный дебит оставался постоянным, необходимо по мере износа насоса уменьшить величину C_ac, то есть уменьшить время хода вверх (всасывание) и увеличивать время хода вниз (нагнетание), сохраняя ту же продолжительности цикла.

При ежемесячном снижении коэффициента подачи (альфа) на 2% суточный дебит скважины после шести месяцев эксплуатации будет таким же, как первоначальный, т. е. 44,6 м³/сут в случае, если время хода вверх будет оставлять 60% от продолжительности хода вниз. Продолжительность цикла при 8 ход/мин составляет 7,5 с. Следовательно, ход вверх должен продолжаться 2,8 с, а ход вниз 4,7 с. Для осуществления асимметричного цикла работы глубинно-насосной установки могут использоваться различные технические средства. Например, тиристорное управление работой асинхронного электродвигателя станка-качалки или двухскоростные двигатели в длинноходовых глубинно-насосных установках. При работе с асимметричным циклом станка - качалки с роторным уравновешиванием необходимо грузы противовеса дополнительно сдвинуть (относительно их положения при симметричном цикле) дальше от оси вращения тихоходного вала редуктора. Это позволит выровнять потребляемую мощность двигателя при ходе вверх и вниз. Во время хода вверх крутящий момент двигателя оказывается уменьшенным за счет дополнительного сдвига противовесов, а во время хода вниз - увеличенным на ту же величину. Мощность двигателя остается такой же, как и в начальный период добычи, равной 20,5 кВт.

Эксплуатация скважины известным способом [2] в указанных условиях приводит к тому, что через полтора года суточный дебит скважины снизится вдвое, по сравнению с теоретической производительностью установки, и составит 25,7 м³/сут, накопленный недобор жидкости достигнет 5,4 тыс. м³ или 22,4% от возможного объема добычи при сохранении постоянного дебита скважины. Это потребует проведения подземного ремонта скважины и замены изношенного насоса на новый.

Эксплуатация скважины известным способом [1] позволяет сохранить добычу нефти за полтора года в объеме
44,6•30•18 = 24082 м³,
но требует ежемесячно увеличивать потребляемую мощность на (0,2/0,85)•100% = 2,35%. Через полтора года потребляемая мощность составит 142% от первоначальной. Очевидно, что установленная мощность привода глубинно-насосной установки должна быть в 1,42 раза большей, чем это необходимо в начальный период работы насоса. Завышенная мощность также снижает энергетические показатели эксплуатации скважины.

Дополнительный расход электроэнергии на поддержание заданного дебита скважины путем постепенного (из-за износа насоса) увеличения частоты качаний станка-качалки в течение 6 месяцев составил 12 тыс. кВт/ч.

В предложенном способе эти затраты отсутствуют и по сравнению с прототипом дают экономию денежных средств на указанную сумму.

Использование: в нефтяной промышленности при добыче нефти и эксплуатации добывающих скважин глубинно-насосными установками. Обеспечивает снижение экономических затрат за счет уменьшения расхода энергии, необходимой для подъема нефти. По предлагаемому способу добычу нефти осуществляют глубинно-насосной установкой и станком-качалкой периодическими циклами всасывания и нагнетания. Режимы циклов изменяют при возрастающих утечках нефти. Изменение производят уменьшением продолжительности всасывания и увеличением продолжительности нагнетания. При этом сохраняют продолжительность цикла и потребляемую мощность. Для сохранения потребляемой мощности привод глубинно-насосной установки уравновешивают.

Способ добычи нефти глубинно-насосной установкой и станком-качалкой с осуществлением периодических циклов всасывания и нагнетания нефти и изменением режимов циклов при возрастающих утечках нефти, отличающийся тем, что изменение режимов циклов производят уменьшением продолжительности всасывания и увеличением продолжительности нагнетания при сохранении продолжительности цикла и потребляемой мощности, при этом для сохранения потребляемой мощности привод глубинно-насосной установки уравновешивают.