СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК E21B43/20 

Изобретения относятся к нефтегазодобывающей промышленности и могут быть использованы для управления системой поддержания пластового давления (ППД) при разработке и эксплуатации нефтегазового месторождения.

Известен способ управления системой ППД [1], включающий закачку рабочего агента в циклическом режиме через нагнетательные скважины и отбор нефти через добывающие скважины, объединение малоприемистых скважин в одну группу, закачку рабочего агента насосом высокой производительности во все нагнетательные скважины в период первого полуцикла циклического режима, прекращение закачки рабочего агента насосом высокой производительности и закачку рабочего агента насосом низкой производительности в группу малоприемистых нагнетательных скважин в период второго полуцикла до достижения пластового давления в зоне малоприемистых нагнетательных скважин, равного текущему пластовому давлению на участке разработки.

В известном изобретении недостатком является то, что не определены критерии согласования гидродинамических характеристик нагнетательных скважин, характеристик напорной сети и переключаемых насосов для обеспечения режима энергосбережения при управлении системой ППД.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ управления системой ППД [2], включающий распределение потоков по нагнетательным скважинам и согласование характеристик сети с характеристиками кустовой нагнетательной станции (КНС), введение телеуправляемых запорных устройств на нагнетательных скважинах, введение программ сбора и обработки данных на диспетчерском пункте, поддержание пластового давления в циклическом режиме работы, подключение каждой скважины к напорной сети на время, необходимое для выполнения ею задания по закачке в течение заданного цикла без дросселирования потока, согласование характеристик сети и КНС путем распределения работы скважин в цикле. Этот способ принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что способ не осуществляет оптимизацию режимов работы КНС путем определения области эффективного согласования гидродинамических характеристик нагнетательных скважин и напорной сети, что ведет к энергетическим потерям. Способ не обеспечивает возможность оптимизации управления системой ППД, так как отсутствует регулирование производительности КНС в широком диапазоне. Способ не обеспечивает заметное снижение обводненности, поскольку использование двух насосных станций в режимах включения и отключения неизбежно приводит к избыточным объемам нагнетания в некоторых скважинах.

Известна система ППД в составе комплекса для добычи нефти [3], включающая нагнетательные скважины, КНС, водораспределительную гребенку, систему управления, телеметрический канал связи.

В известном изобретении КНС имеет узкий диапазон регулирования, коэффициент полезного действия КНС значительно уменьшается при ее работе в режимах, отличных от номинальных. Изобретение не обеспечивает энергосберегающие режимы эксплуатации системы ППД.

Известна автоматизированная система закачки рабочего агента и индивидуального учета объемов закачки в нагнетательную скважину [4], включающая нагнетательные скважины, подводящий водовод, подключенный к общему коллектору кратчайшим расстоянием по прямой, КНС, аппаратуру системы телемеханики, счетчики объема закачанной жидкости, смонтированные на устье каждой нагнетательной скважины. Эта система принята за прототип устройства.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что данное изобретение не обеспечивает оптимальное управление системой ППД. Отсутствует блок управления производительностью КНС и элементы, позволяющие значительно снизить ее энергопотребление.

Сущность способа заключается в том, что поддерживают пластовое давление в циклическом режиме с помощью основной насосной станции высокой производительности и дополнительной насосной станции малой производительности, обеспечивают согласование характеристик нагнетательной сети с характеристиками основной и дополнительной насосных станций без дросселирования потоков, распределяют работу основной и дополнительной насосных станций и нагнетательных скважин в течение цикла закачки, подключают с помощью телеуправляемой аппаратуры нагнетательные скважины к напорной сети на время, необходимое для выполнения ими задания по закачке, обеспечивают подачу основной насосной станцией рабочего агента во все нагнетательные скважины в течение совместного периода цикла закачки, прекращают закачку основной насосной станцией рабочего агента в нагнетательные скважины с большей приемистостью, отключают от напорной сети основную насосную станцию, подключают к напорной сети дополнительную насосную станцию, обеспечивают дозакачку дополнительной насосной станцией рабочего агента в нагнетательные скважины с меньшей приемистостью, регулируют подачу дополнительной насосной станции с учетом необходимых объемов дозакачки рабочего агента в каждую нагнетательную скважину, обеспечивают работу дополнительной насосной станции в области максимального коэффициента полезного действия, последовательно, в порядке уменьшения приемистости, отключают от напорной сети нагнетательные скважины с выполненным заданием по закачке, в качестве дополнительной насосной станции малой производительности используют насос объемного типа.

Сущность устройства заключается в том, что в устройство, содержащее питающую сеть, основную насосную станцию и дополнительную насосную станцию малой производительности объемного типа, подключенные с помощью запорной арматуры к питающей сети и, через подводящий водовод, к водораспределительному блоку, соединенному посредством напорной сети через отсекающие устройства с запорно-регулирующей аппаратурой нагнетательных скважин, снабженных датчиками давления и объема закачанной жидкости, установленными на устье каждой нагнетательной скважины, кустовой контроллер с каналом передачи информации от датчиков к кустовому контроллеру, дополнительно введен преобразователь частоты напряжения, вход которого соединен с выходом кустового контроллера, второй выход которого подключен к входу блока управления запорно-регулирующей аппаратурой, соединенного своими выходами с управляющими входами запорно-регулирующей аппаратуры и запорной арматуры, выход преобразователя частоты напряжения соединен с входом регулируемой насосной станции малой производительности объемного типа.

При разработке и эксплуатации месторождений для поддержания необходимого пластового давления в продуктивную залежь должно быть подано непрерывно или в циклическом режиме определенное количество рабочего агента. При этом предъявляются требования не только к общему количеству закачанного в пласт агента, но и к количеству агента, закачанного через определенную группу скважин, через отдельные скважины или через различные интервалы пласта одной и той же скважины. В связи с изменением гидравлических сопротивлений на пути от КНС до пласта и величины требуемого пластового давления в зоне нагнетания давление на КНС изменяется во времени. Поэтому от диапазона регулирования производительности КНС наряду с мероприятиями по сокращению гидравлических сопротивлений в нагнетательной сети в значительной степени зависит надежность обеспечения требуемого притока флюида в добывающие скважины, а от изменения коэффициента полезного действия КНС во всем диапазоне регулирования производительности зависит эффективность энергопотребления системы ППД.

Достигаемый технический результат - снижение энергопотребления системой ППД, обеспечение возможности ее оптимального автоматизированного управления, снижение обводненности месторождения.

В предлагаемом способе управления системой ППД:

1) поддерживают пластовое давление в циклическом режиме с помощью основной насосной станции высокой производительности и дополнительной насосной станции малой производительности;

2) согласуют характеристики нагнетательной сети с характеристиками основной и дополнительной насосных станций без дросселирования потоков;

3) распределяют работу основной и дополнительной насосных станций и нагнетательных скважин в течение цикла закачки;

4) подключают с помощью телеуправляемой аппаратуры нагнетательные скважины к напорной сети на время, необходимое для выполнения ими задания по закачке;

5) осуществляют подачу рабочего агента во все нагнетательные скважины в течение совместного периода цикла закачки основной насосной станцией;

6) прекращают закачку основной насосной станцией рабочего агента в нагнетательные скважины с большей приемистостью;

7) отключают от напорной сети основную насосную станцию;

8) подключают к напорной сети дополнительную насосную станцию;

9) осуществляют дозакачку рабочего агента в нагнетательные скважины с меньшей приемистостью дополнительной насосной станцией;

10) регулируют подачу дополнительной насосной станции с учетом необходимых объемов дозакачки рабочего агента в каждую нагнетательную скважину и обеспечения работы дополнительной насосной станции в области максимального коэффициента полезного действия;

11) отключают от напорной сети нагнетательные скважины с выполненным заданием по индивидуальному объему дозакачки последовательно, в порядке уменьшения приемистости;

12) в качестве дополнительной насосной станции малой производительности используют насос объемного типа.

Пункты 10-12 являются новыми отличительными признаками, определяющими достигаемый технический результат.

В устройстве технический результат достигается тем, что введен преобразователь частоты напряжения, вход которого соединен с выходом кустового контроллера, второй выход которого подключен к входу блока управления запорно-регулирующей аппаратурой, соединенного своими выходами с управляющими входами запорно-регулирующей аппаратуры и запорной арматуры, выход преобразователя частоты напряжения соединен с входом регулируемой насосной станции малой производительности объемного типа.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для осуществления способа управления системой ППД; на фиг.2 приведены графики характеристик насосной установки и диаграммы объемов закачки при реализации способа управления системой ППД; на фиг.3 - диаграмма расходов рабочего агента, полученная при моделировании и экспериментальных исследованиях.

Система ППД (фиг.1) содержит питающую сеть 1, основную насосную станцию 2 высокой производительности, дополнительную насосную станцию 3 малой производительности объемного типа, запорную арматуру 4, подводящий водовод 5, водораспределительный блок 6, напорную сеть 7, отсекающие устройства 8, запорно-регулирующую аппаратуру 9, датчики 10 давления, датчики 11 объемного расхода закачанной жидкости, установленные на устье каждой нагнетательной скважины 12, кустовой контроллер 13 канал 14 передачи информации от датчиков 10, 11 к кустовому контроллеру 13, преобразователь 15 частоты напряжения, блок 16 управления запорно-регулирующей аппаратурой 9.

Источником рабочего агента служит питающая сеть 1, подключенная к водоочистной станции (на фиг.1 не показана), подающая воду на основную насосную станцию 2 высокой производительности и дополнительную насосную станцию 3 малой производительности объемного типа. Запорная арматура 4 позволяет подключать и отключать насосные станции 2 и 3 к подводящему водоводу 5 и водораспределительному блоку 6, который через отсекающие устройства 8 подает воду в напорную сеть 7. На устье каждой нагнетательной скважины 12 установлена запорно-регулирующая аппаратура 9, позволяющая в автоматическом режиме подключать нагнетательные скважины 12 к напорной сети 7, датчики 10 давления и датчики 11 объемного расхода закачанной жидкости. Выходные сигналы датчиков 10 и 11 по каналу 14 передачи информации подаются в кустовой контроллер 13, управляющий с помощью блока 16 управления запорно-регулирующей аппаратурой 9, а также с помощью преобразователя 15 частоты напряжения дополнительной насосной станцией 3.

Способ управления системой поддержания пластового давления с помощью устройства осуществляется следующим образом.

Сначала по параметрам пласта и добычи рассчитывают время цикла и объем рабочего агента, закачиваемого в нагнетательные скважины 12 в течение цикла.

По сигналу с первого выхода кустового контроллера 13 происходит переключение электроуправляемой запорной арматуры 4 ("открыть-закрыть") и подключение к питающей сети 1 основной насосной станции 2. По сигналу со второго выхода кустового контроллера 13 в блоке 16 управления происходит формирование управляющих сигналов для подключения электроуправляемой запорно-регулирующей аппаратуры 9 к напорной сети 7. Основная насосная станция 2 закачивает рабочий агент через водораспределительный блок 6 во все нагнетательные скважины 12 в течение совместного периода цикла закачки без дросселирования. Информация об объеме нагнетаемого рабочего агента и давлении на устье нагнетательных скважин 12 с выходов датчиков 10, 11 по каналу 14 передачи информации подается в кустовой контроллер 13.

При выполнении задания по объему закачки в каждой из группы нагнетательных скважин 12 с большей приемистостью (одной скважины с наибольшей приемистостью) Q₁ со второго выхода контроллера 13 через блок 16 управления на запорно-регулирующую аппаратуру 9 (дроссели или задвижки) подается сигнал закрытия и отключения этих нагнетательных скважин от напорной сети 7. По сигналу с первого выхода контроллера 13 происходит переключение запорной арматуры 4, отключение от питающей сети 1 основной насосной станции 2 и подключение к питающей сети 1 дополнительной насосной станции 3 объемного типа, выбор которого обусловлен необходимостью раздельного регулирования производительности насосной станции 3 и давления на ее выходе.

Предварительно определяют необходимый объем V_д дозакачки рабочего агента

V_д=V_П-V_С,

где V_П - плановый объем закачки, осуществляемой за весь цикл;

V_C - объем закачки в совместный период цикла.

и темп q дозакачки

где t_ц - время цикла;

t_с - время совместного периода цикла.

С помощью дополнительной насосной станции 3 осуществляют дозакачку рабочего агента в нагнетательные скважины 12 с меньшей приемистостью.

Регулируют подачу дополнительной насосной станции с учетом обеспечения темпа дозакачки рабочего агента q, обеспечивая максимально возможный коэффициент полезного действия (КПД) дополнительной насосной станции 3 при заданном объеме дозакачки.

На фиг.2 показаны реальные характеристики дополнительной насосной станции 3 по потребляемой мощности Р, КПД η, а также заданная (сплошные линии) и скорректированная (точечные линии) диаграммы дозакачки в нагнетательные скважины 12 с меньшей приемистостью.

При этом V₁ и - объемы дозакачки в 1-ую скважину скважин 12 с меньшей приемистостью заданный и скорректированный соответственно; V₂ и - объемы дозакачки во 2-ую скважину скважин 12 с меньшей приемистостью заданный и скорректированный; V₂ и - объемы дозакачки в 3-ю скважину скважин 12 с меньшей приемистостью; Δη₁, Δη₂, Δη₃ - увеличение КПД дополнительной насосной станции 3.

Наглядно видно снижение энергетических затрат по дозакачке рабочего агента в скважины 12 с меньшей приемистостью. При этом требуемая производительность (объем дозакачки в единицу времени) не связана с давлением нагрузки (на устье скважин 12) в силу использования насоса объемного типа. Этим достигается возможность увеличения коэффициента охвата, степени воздействия на поровые структуры призабойной зоны нагнетательных скважин 12 с меньшей приемистостью и общего повышения эффективности воздействия на пласт.

При выполнении индивидуального задания по закачке в нагнетательные скважины 12 с меньшей приемистостью отключают их от напорной сети 7. Отключение осуществляют последовательно в порядке уменьшения приемистости и, как следствие, увеличения гидравлического сопротивления системы "дополнительная насосная станция - напорная сеть - нагнетательная скважина". Дополнительная насосная станция 3 поддерживает повышенное давление на устье нагнетательных скважин 12 с меньшей приемистостью.

На фиг.3 приведена диаграмма расходов рабочего агента, показывающая пример моделирования и реализации способа и устройства с использованием в качестве дополнительной насосной станции 3 объемного типа регулируемой блочно-кустовой насосной станции БКНС 160×400/20 с трехплунжерным насосом НТП-160×20.

Период совместной закачки составил 3,75 суток, объемный расход составил 1205 м³/сут. Скважиной с наибольшей приемистостью является скважина №302. После перекрытия задвижки 9 на устье скважины №302, отключения КНС и подключения БКНС 400/160 к водоводу 5, осуществления дозакачки рабочего агента в оставшиеся скважины 12 в течение 7,05 суток объемный расход составил 565 м³/сут. Затем была отключена скважина №105 и расход составил 365 м³/сут и т.д. Цикл закачки составил 27,75 суток.

Использование способа и устройства обеспечивает снижение энергетических затрат не менее 25-30% за счет отказа от неэффективных режимов работы основной насосной станции 2 и оптимизации режимов работы дополнительной рабочей станции 3, а также снижение обводненности месторождения за счет индивидуального подхода к каждой нагнетательной скважине 12.

Кроме того, изобретения обеспечивают оптимальное автоматизированное управление системой ППД и предоставляют следующие возможности:

- измерение расходов q_i и давлений p_i на входе в нагнетательные скважины с вычислением объемов закачки w_i на местах или в пункте управления;

- построение и ведение характеристик нагнетательных скважин p_i(q_i) - корректировка, динамика изменений;

- построение и ведение совокупности характеристик сети (нагнетательные скважины, напорная сеть, водоводы, питающая сеть) в координатах P{Q) при числе подключенных (открытых) скважин от n до 1;

- то же по характеристикам основной насосной станции 2 и дополнительной насосной станции 3 в координатах P(Q) как при раздельном, так и при параллельном включении;

- совмещенные характеристики насосных станций 2 и 3 и сети, определение рабочей точки сети.

Источники информации

1. Пат. 2164591 RU, МПК Е 21 В 43/20. Способ разработки нефтяной залежи / Г.Ф.Кандаурова, Р.С.Нурмухаметов, Р.X.Галимов, В.Ф.Федин, С.В.Кандауров (RU). - 2000123801/03; Заявл. 19.09.2000; Опубл.27.03.2001.

2. Пат. 2186954 RU, МПК Е 21 В 43/20. Способ управления системой поддержания пластового давления / В.А.Горбатиков, А.П.Пальянов (RU). - 200119331/03; Заявл. 19.07.2000; Опубл.10.08.2002.

3. Пат. 2165015 RU, МПК Е 21 В 43/40, F 17 D 1/00. Комплекс для добычи нефти / Ю.Н.Макаркин, А.Г.Гусев (RU). - 99113970/06; Заявл. 25.06.1999; Опубл.10.04.2001.

4. Пол. мод. 22176 RU, МПК Е 21 В 43/12. Автоматизированная система закачки рабочего агента и индивидуального учета объемов закачки в нагнетательную скважину / Г.Г.Ганиев, 3.Н.Зиякаев, В.А.Лидер, В.Р.Салихов (RU). - 2001122967/20; Заявл. 16.08.2001; Опубл.10.03.2002.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при повышении нефтеотдачи вторичными методами. В способе поддерживают пластового давления в циклическом режиме с помощью основной насосной станции высокой производительности и дополнительной насосной станции малой производительности. Подключают с помощью телеуправляемой аппаратуры нагнетательных скважин к напорной сети на время, необходимое для выполнения ими задания по закачке, без дросселирования потоков. Подают рабочий агент основной насосной станцией во все нагнетательные скважины в течение совместного периода цикла закачки. Прекращают закачку рабочего агента в нагнетательные скважины с большей приемистостью и отключают от напорной сети основную насосную станцию. Подключают к напорной сети дополнительную насосную станцию и осуществляют дозакачку рабочего агента в нагнетательные скважины с меньшей приемистостью. Подачу дополнительной насосной станции регулируют с учетом необходимых объемов дозакачки рабочего агента в каждую нагнетательную скважину и обеспечения работы дополнительной насосной станции в области максимального коэффициента полезного действия. Нагнетательные скважины с выполненным заданием по закачке отключают от напорной сети последовательно, в порядке уменьшения приемистости. В качестве дополнительной насосной станции малой производительности может быть использован насос объемного типа. Способ осуществляется посредством устройства, включающего питающую сеть, основную насосную станцию и дополнительную насосную станцию малой производительности объемного типа, подключенные с помощью запорной арматуры к питающей сети и, через подводящий водовод, к водораспределительному блоку, соединенному посредством напорной сети через отсекающие устройства с запорно-регулирующей аппаратурой нагнетательных скважин. На устье каждой нагнетательной скважины установлены датчики давления и объема закачанной жидкости, связанные каналом передачи информации с кустовым контроллером. Выходы кустового контроллера связаны с входом преобразователя частоты напряжения и входом блока управления запорно-регулирующей аппаратурой, выходы которого соединены с управляющими входами запорно-регулирующей аппаратуры и запорной арматуры. Выход преобразователя частоты напряжения соединен с входом дополнительной насосной станции. Изобретения направлены на снижение обводненности месторождения за счет индивидуального подхода каждой скважины и на снижение энергетических затрат. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления системой поддержания пластового давления, включающий поддержание пластового давления в циклическом режиме с помощью основной насосной станции высокой производительности и дополнительной насосной станции малой производительности, согласование характеристик нагнетательной сети с характеристиками основной и дополнительной насосных станций без дросселирования потоков, распределение работы основной и дополнительной насосных станций и нагнетательных скважин в течение цикла закачки, подключение с помощью телеуправляемой аппаратуры нагнетательных скважин к напорной сети на время, необходимое для выполнения ими задания по закачке, подачу основной насосной станцией рабочего агента во все нагнетательные скважины в течение совместного периода цикла закачки, прекращение закачки основной насосной станцией рабочего агента в нагнетательные скважины с большей приемистостью, отключение от напорной сети основной насосной станции, подключение к напорной сети дополнительной насосной станции, дозакачку дополнительной насосной станцией рабочего агента в нагнетательные скважины с меньшей приемистостью, отличающийся тем, что подачу дополнительной насосной станции регулируют с учетом необходимых объемов дозакачки рабочего агента в каждую нагнетательную скважину и обеспечения работы дополнительной насосной станции в области максимального коэффициента полезного действия, последовательно, в порядке уменьшения приемистости отключают от напорной сети нагнетательные скважины с выполненным заданием по закачке.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве дополнительной насосной станции малой производительности используют насос объемного типа.3. Устройство для осуществления способа по п.1 или 2, включающее питающую сеть, основную насосную станцию и дополнительную насосную станцию малой производительности объемного типа, подключенные с помощью запорной арматуры к питающей сети и через подводящий водовод к водораспределительному блоку, соединенному посредством напорной сети через отсекающие устройства с запорно-регулирующей аппаратурой нагнетательных скважин, снабженных датчиками давления и объема закачанной жидкости, установленными на устье каждой нагнетательной скважины, кустовой контроллер с каналом передачи информации от датчиков к кустовому контроллеру, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит преобразователь частоты напряжения, вход которого соединен с выходом кустового контроллера, второй выход которого подключен к входу блока управления запорно-регулирующей аппаратурой, соединенного своими выходами с управляющими входами запорно-регулирующей аппаратуры и запорной арматуры, выход преобразователя частоты напряжения соединен с входом дополнительной насосной станции.