СИСТЕМА ЗАКАЧКИ ВОДЫ Российский патент 2010 года по МПК E21B43/20 F17D3/00 

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к системам заводнения пластов и поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений.

Известна система закачки воды, содержащая емкостное оборудование, насосы, водоводы, нагнетательные скважины (см. книгу: Еронин В.А. и др. Эксплуатация системы заводнения пластов. - М.: Недра, 1964, - С.142-146), позволяющая транспортировать и закачивать воду на каждый из нагнетательных рядов и далее до пласта для восполнения его энергии, расходуемой при добыче нефти.

Недостатком системы является то, что система не обеспечивает защиту призабойной зоны пласта от загрязнения нефтью и твердыми взвешенными частицами, содержащимися в закачиваемой воде, накопление которых в призабойной зоне пласта приводит к снижению приемистости.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемой является система закачки воды, описанная в «Способе и устройстве регулирования давления в сети водоснабжения» (патент РФ №2334266, МПК G05D 16/20, Е03В 7/04. Опубл. БИ №26 от 20.09.2008), включающая источник перекачиваемой воды, насос с регулируемым электроприводом, датчики расхода и давления, блок определения потерь давления в сети водоснабжения, блок определения эквивалентного гидравлического сопротивления, сеть водоснабжения.

Данная система позволяет поддерживать давление в удаленной диктующей точке сети водоснабжения без организации канала связи между удаленной диктующей точкой сети водоснабжения и насосом.

Недостатком системы является то, что система не исключает причины изменения давления (в промысловых условиях связанного с загрязнением призабойной зоны скважины и пласта), то есть не учитывается количественное содержание загрязнений в воде, поступающей с источника водоснабжения для закачки в сеть водоснабжения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение потери приемистости продуктивных пластов, увеличение времени между очистками призабойной зоны нагнетательных скважин, снижение энергетических затрат на закачку воды и, как результат, экономия материальных затрат на поддержание пластового давления.

Техническая задача решается предлагаемой системой закачки воды, включающей очистные сооружения, содержащие емкостное оборудование, насос очистных сооружений, оснащенный регулируемым электроприводом, трубопроводы, кустовые насосные станции с установленными на них насосами с блоком управления, группы нагнетательных скважин различной приемистости, соединенных с соответствующими кустовыми насосными станциями.

Новым является то, что регулируемый электропривод насоса очистных сооружений дополнительно оснащен блоком аналитического контроля содержания в воде загрязняющих веществ с возможностью управления электроприводом, а между насосом и емкостным оборудованием размещен поточный анализатор загрязнений, функционально связанный с блоком аналитического контроля, при этом блоки управления кустовых насосных станций дополнительно оснащены пороговыми анализаторами, связанными функционально с поточным анализатором загрязнений через блок аналитического контроля, которые выполнены с возможностью включения и отключения соответствующего насоса кустовой насосной станции в зависимости от количества загрязнений жидкости и связанного с ним свойства группы нагнетательных скважин - их приемистости.

На чертеже изображена схема предлагаемой системы закачки воды, при этом пунктирными линиями показана функциональная связь между отдельными элементами системы.

Система закачки воды содержит емкостное оборудование 1 очистных сооружений, поточный анализатор загрязнений 2, функционально связанный с блоком аналитического контроля 3 регулируемого электропривода 4 насоса 5 очистных сооружений, насосы 6 и 7 кустовых насосных станций с установленными на них блоками управления 8 и 9 соответственно, оснащенными дополнительно пороговыми анализаторами 10 и 11, которые функционально связаны с поточным анализатором загрязнений 2 через блок аналитического контроля 3, высокоприемистые нагнетательные скважины 12, низкоприемистые нагнетательные скважины 13, при этом трубопровод 14 соединяет емкостное оборудование 1 с источником промысловой сточной воды (например, установками предварительного сброса попутной воды и/или подготовки нефти), трубопровод 15 соединяет емкостное оборудование 1 с насосом 5 очистных сооружений, трубопроводы 16 и 17 соединяют насос 5 очистных сооружений с насосами 6 и 7 кустовых насосных станций соответственно, трубопроводы 18 и 19 соединяют насосы 6 и 7 кустовых насосных станций с высокоприемистыми нагнетательными скважинами 12 и низкоприемистыми нагнетательными скважинами 13 соответственно.

Система закачки воды работает следующим образом.

Вода с установок предварительного сброса попутной воды и/или подготовки нефти поступает по трубопроводу 14 в емкостное оборудование 1 очистных сооружений (например, резервуары, горизонтальные отстойники и др.) с высоким содержанием загрязняющих веществ (нефтяных и твердых взвешенных частиц). В емкостном оборудовании 1 очистных сооружений производят гравитационное разделение воды и содержащихся в ней загрязняющих веществ, при этом твердые взвешенные вещества накапливаются в нижней части емкостного оборудования 1 очистных сооружений в виде осадка, а нефть и нерасслоившаяся нефтяная эмульсия в виде промежуточного слоя накапливаются на поверхности воды в емкостном оборудовании 1 очистных сооружений. Толщина нефтяного и промежуточного слоев непостоянна и зависит от интенсивности поступления загрязненной воды в емкостное оборудование 1 очистных сооружений, а также от степени отделения нефтяных частиц в установках предварительного сброса попутной воды и/или подготовки нефти. Насосом 5 очистных сооружений по трубопроводу 15 производят откачку воды из емкостного оборудования 1 очистных сооружений и транспортируют ее далее по трубопроводам 16 и 17 на входы насосов 6 и 7 кустовых насосных станций. Далее воду насосами 6 и 7 кустовых насосных станций транспортируют по трубопроводам 18 и 19 соответственно к устьям нагнетательных скважин различной приемистости (высокоприемистым нагнетательным скважинам 12 и низкоприемистым нагнетательным скважинам 13) и закачивают в продуктивные пласты (на чертеже не показаны). С помощью поточного анализатора загрязнений 2, установленного на трубопроводе 15 между емкостным оборудованием 1 очистных сооружений и насосом 5 очистных сооружений, контролируют содержание в воде загрязняющих веществ, при этом информация о величине содержания в воде загрязняющих веществ поступает в блок аналитического контроля 3, в котором производится сравнение текущего значения величины содержания загрязняющих веществ с установленной в нем максимально допустимой величиной содержания загрязняющих в воде. Расход откачки воды из емкостного оборудования 1 очистных сооружений регулируют с помощью регулируемого электропривода 4 насоса 5. При интенсивном откачивании воды насосом 5 очистных сооружений из емкостного оборудования 1 очистных сооружений снижается уровень воды в емкостном оборудовании 1, что может привести к увеличению содержания загрязняющих веществ в откачиваемой воде, например, из-за затягивания частиц промежуточного слоя и/или нефти с поверхности воды в трубопровод 15. При поступлении в блок аналитического контроля 3 информации от поточного анализатора загрязнений 2 о достижении величины содержания загрязняющих веществ в воде максимально допустимого значения, заложенного в блоке аналитического контроля 3, из блока аналитического контроля 3 подается команда на регулируемый электропривод 4 снизить обороты насоса 5 очистных сооружений и соответственно снизить расход откачки воды из емкостного оборудования 1 по трубопроводу 15. При поступлении в блок аналитического контроля 3 информации от поточного анализатора загрязнений 2 информации о снижении в воде содержания загрязняющих веществ ниже максимально допустимого значения, заложенного в блоке аналитического контроля 3, из блока аналитического контроля 3 подается команда на регулируемый электропривод 4 увеличить обороты насоса 5 очистных сооружений и соответственно повысить расход откачки воды из емкостного оборудования 1 по трубопроводу 15, но не более первоначально заданного расхода. Кроме того, блоки управления 8 и 9 кустовыми насосными станциями дополнительно оснащают пороговыми анализаторами 10 и 11 соответственно, в которые закладывают информацию о номинальных и максимально допустимых значениях величин содержания загрязняющих веществ для каждой кустовой насосной станции, определяемых коллекторскими свойствами пластов, вскрытых подключенными к ним нагнетательными скважинами (или, соответственно, приемистостями нагнетательных скважин), при этом между пороговыми анализаторами 10 и 11 блоков управления 8 и 9 кустовыми насосными станциями и поточным анализатором загрязнений 2 существует функциональная связь через блок аналитического контроля 3 по обмену информацией о фактическом содержании в воде загрязняющих веществ и сравнении их значений с максимально допустимыми значениями содержания загрязняющих веществ в воде для каждой кустовой насосной станции. Содержание загрязняющих веществ в воде, закачиваемой в низкоприемистые нагнетательные скважины 13, должно быть ниже величины содержания загрязняющих веществ в воде, которая может быть закачана в высокоприемистые нагнетательные скважины 12. При поступлении в пороговый анализатор 10 и/или 11 блока управления 8 и/или 9 кустовой насосной станции из поточного анализатора загрязнений 2 через блок аналитического контроля 3 информации о текущем содержании загрязняющих веществ в воде происходит сравнение этих значений с заложенными в пороговых анализаторах 10 и 11 максимально допустимыми значениями содержания загрязняющих веществ. При превышении содержания загрязняющих веществ в воде максимально допустимых значений содержания загрязняющих веществ пороговый анализатор 10 и/или 11 блока управления 8 и/или 9 кустовой насосной станции производит остановку насоса 6 и/или 7 соответственно и отправляет информацию о произведенной остановке насоса 6 и/или 7 в блок аналитического контроля 3. При этом из блока аналитического контроля 3 подается команда на регулируемый электропривод 4 насоса 5 очистных сооружений снизить обороты насоса 5 очистных сооружений и соответственно откачку воды из емкостного оборудования 1 очистных сооружений на величину расхода остановленного насоса 7 кустовой насосной станции. При снижении содержания загрязняющих веществ в воде до номинального значения содержания загрязняющих веществ в пороговый анализатор 10 и/или 11 блока управления 8 и/или 9 кустовой насосной станции производит запуск насоса 6 и/или 7 кустовых насосных станций соответственно и отправляет информацию о произведенном запуске насоса 6 и/или 7 в блок аналитического контроля 3. При этом из блока аналитического контроля 3 подается команда на регулируемый электропривод 4 увеличить обороты насоса 5 очистных сооружений, при этом восстанавливается расход откачки воды из емкостного оборудования 1 по трубопроводу 15 до первоначальной величины.

Таким образом, предлагаемая система закачки воды обеспечивает снижение потери приемистости пластов, увеличение времени между очистками призабойной зоны нагнетательных скважин и снижение энергетических затрат на закачку воды.

Пример конкретного выполнения.

Вода с установок предварительного сброса попутной воды и/или подготовки нефти поступает по трубопроводу 14 в емкостное оборудование 1 очистных сооружений (например, резервуары РВС-5000) с содержанием нефтяных частиц 500 мг/л и твердых взвешенных частиц 50 мг/л. В емкостном оборудовании 1 очистных сооружений производят гравитационное разделение воды и содержащихся в ней нефтяных и твердых взвешенных частиц. Насосом 5 очистных сооружений по трубопроводу 15 производят откачку воды с расходом 3000 м³/сут и содержанием в ней нефтяных частиц 50 мг/л и твердых взвешенных частиц 10 мг/л из емкостного оборудования 1 очистных сооружений, транспортируют ее далее по трубопроводам 16 и 17 на входы насосов 6 и 7 кустовых насосных станций. Далее воду насосом 6 кустовой насосной станции с расходом 2500 м³/сут транспортируют по трубопроводу 18 к устьям высокоприемистых нагнетательных скважин 12 приемистостью от 500 до 1000 м /сут, закачивают в продуктивные пласты, способные принимать воду с загрязнением нефтяными частицами до 90 мг/л и твердыми взвешенными частицами 70 мг/л, насосом 7 кустовой насосной станции с расходом 500 м³/сут транспортируют по трубопроводу 19 к устьям низкоприемистых нагнетательных скважин 13 приемистостью от 50 до 200 м³/сут, закачивают в продуктивные пласты, способные принимать воду с загрязнением ее нефтяными частицами до 60 мг/л и твердыми взвешенными частицами 50 мг/л. С помощью поточного анализатора загрязнений 2, установленного на трубопроводе 15 между емкостным оборудованием 1 очистных сооружений и насосом 5 очистных сооружений, контролируют содержание в воде загрязняющих веществ, при этом информация о величине содержания в воде загрязняющих веществ поступает в блок аналитического контроля 3, в котором заложено максимально допустимое значение содержания в воде нефтяных частиц 55 мг/л и твердых взвешенных частиц 45 мг/л (промысловые данные). Расход откачки воды из емкостного оборудования 1 очистных сооружений регулируют с помощью регулируемого электропривода 4 насоса 5. В пороговый анализатор 10 блока управления 8 кустовой насосной станции, к которой подключены высокоприемистые нагнетательные скважины 12, заложена величина номинального содержания загрязнения воды нефтяными частицами не более 80 мг/л и твердыми взвешенными частицами не более 60 мг/л, величина максимально допустимого содержания загрязнения воды нефтяными частицами не более 90 мг/л, твердыми взвешенными частицами не более 70 мг/л. В пороговый анализатор 11 блока управления 9 кустовой насосной станции, к которой подключены низкоприемистые нагнетательные скважины 13, заложена величина номинального содержания загрязнения воды нефтяными частицами не более 50 мг/л и твердыми взвешенными частицами не более 40 мг/л, величина максимально допустимого содержания загрязнения воды нефтяными частицами не более 60 мг/л, твердыми взвешенными частицами не более 50 мг/л. Значения номинальных и максимально допустимых значений величин содержания загрязняющих веществ, закладываемых в пороговые анализаторы 10 и 11 для кустовых насосных станций, определяются коллекторскими свойствами пластов, вскрытых подключенными к ним нагнетательными скважинами (или, соответственно, приемистостями нагнетательных скважин). При выявлении поточным анализатором загрязнений 2 повышения содержания нефтяных частиц в воде и при превышении его значения, максимально допустимого значению 55 мг/л, вызванного, например, краткосрочным (залповым) попаданием частиц промежуточного слоя и/или нефти с поверхности воды в емкостном оборудовании 1 очистных сооружений в трубопровод 15, в блок аналитического контроля 3 поступает информации от поточного анализатора загрязнений 2 о превышении величины содержания нефтяных частиц в воде максимально допустимого значения, заложенного в блоке аналитического контроля 3, из блока аналитического контроля 3 подается команда на регулируемый электропривод 4 снизить обороты насоса 5 очистных сооружений и соответственно снизить расход откачки воды из емкостного оборудования 1 по трубопроводу 15. При этом ведется закачка воды насосами 6 и 7 кустовых насосных станций в высокоприемистые нагнетательные скважины 12 и низкоприемистые нагнетательные скважины 13 соответственно со сниженными расходами, величина которых определяется по совмещенному графику работы насосов 5 очистных сооружений, 6 и 7 кустовых насосных станций на сеть трубопроводов 15, 16, 17, 18 и 19. При выявлении поточным анализатором загрязнений 2 дальнейшего повышения содержания нефтяных частиц в воде до 65 мг/л, вызванного, например, попаданием частиц промежуточного слоя и/или нефти с поверхности воды в емкостном оборудовании 1 очистных сооружений в трубопровод 15, в блок аналитического контроля 3 поступает информация от поточного анализатора загрязнений 2 о превышении величины содержания нефтяных частиц в воде максимально допустимого значения 55 мг/л, заложенного в блоке аналитического контроля 3, из блока аналитического контроля 3 подается команда на регулируемый электропривод 4 продолжить снижение оборотов и соответственно снизить расход откачки воды насосом 5 из емкостного оборудования 1 по трубопроводу 15. Одновременно информация о содержании в воде нефтяных частиц в количестве 65 мг/л поступает в пороговые анализаторы 10 и 11 блоков управлений 8 и 9 кустовых насосных станций. Пороговый анализатор 11 блока управления 9 кустовой насосной станции фиксирует превышение фактического содержания нефтяных частиц в воде над заложенным в нем максимально допустимым значением 60 мг/л и дает команду произвести остановку насоса 7 кустовой насосной станции и отправляет информацию о произведенной остановке насоса 7 кустовой насосной станции в блок аналитического контроля 3. При этом из блока аналитического контроля 3 подается команда на регулируемый электропривод 4 насоса 5 очистных сооружений снизить обороты насоса 5 очистных сооружений и соответственно откачку воды из емкостного оборудования 1 очистных сооружений до 2500 м³/сут, то есть на величину расхода остановленного насоса 7 кустовой насосной станции. Закачку воды с содержанием нефтяных частиц 65 мг/л производят насосом 6 кустовой насосной станции в высокоприемистые нагнетательные скважины 12, так как коллекторские свойства продуктивных пластов, вскрытых этими высокоприемистыми нагнетательными скважинами 12, позволяют производить закачку с максимальным содержанием в воде нефтяных частиц до 90 мг/л. При снижении содержания в воде нефтяных частиц до 50 мг/л пороговый анализатор 11 блока управления 9 кустовой насосной станции производит запуск насоса 7 кустовой насосной станции с расходом 500 м³/сут и отправляет информацию о произведенном запуске насоса 7 в блок аналитического контроля 3. При этом из блока аналитического контроля 3 подается команда на регулируемый электропривод 4 увеличить обороты насоса 5 очистных сооружений, при этом восстанавливается расход откачки воды из емкостного оборудования 1 по трубопроводу 15 до первоначального расхода 3000 м³/сут.

В случае повышения содержания загрязнений воды нефтяными частицами свыше 90 мг/л происходит полная остановка откачки воды насосом 5 очистных сооружений из емкостного оборудования 1 очистных сооружений, поскольку в этом случае будут остановлены насосы 6 и 7 обеих кустовых насосных станций. Данная ситуация считается аварийной, так как качество очистки воды в емкостном оборудовании 1 очистных сооружений полностью не соответствует требованиям, предъявляемым к воде в соответствии с коллекторскими свойствами продуктивных пластов, вскрытых как высокоприемистыми нагнетательными скважинами 12, так и низкоприемистыми нагнетательными скважинами 13. В этом случае повторный запуск насоса 5 очистных сооружений и насосов 6 и 7 кустовых насосных станций возможен только после дополнительного отстоя воды в емкостном оборудовании 1 очистных сооружений и после очистки его от накопленных нефти, промежуточного слоя и осадка.

Таким образом, система закачки воды обеспечивает сохранение коллекторских свойств продуктивных пластов и снижение потери приемистости нагнетательных скважин в процессе их эксплуатации.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой системы закачки воды достигается за счет сокращения дополнительных затрат на очистку нагнетательных скважин различной приемистости от сверхнормативных поступлений загрязняющих веществ с водой из емкостного оборудования очистных сооружений и энергетических затрат на закачку воды.

Использование данного предложения позволяет при небольших дополнительных капитальных затратах с помощью существующей системы закачки воды снизить потери приемистости продуктивных пластов и увеличить время между очистками призабойной зоны нагнетательных скважин различной приемистости за счет недопущения попадания в нагнетательные скважины воды с повышенным сверх максимально допустимого уровня содержанием загрязняющих веществ, снизить энергозатраты на закачку воды за счет сохранения приемистости нагнетательных скважин и, как результат, экономить материальные затраты на закачку воды.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к системам заводнения пластов и поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений. Техническим результатом является снижение потери приемистости продуктивных пластов, увеличение времени между очистками призабойной зоны нагнетательных скважин, снижение энергетических затрат на закачку воды и экономия материальных затрат на поддержание пластового давления. Система включает очистные сооружения, содержащие емкостное оборудование, насос очистных сооружений, оснащенный регулируемым электроприводом, трубопроводы, кустовые насосные станции с установленными на них насосами с блоком управления, группы нагнетательных скважин различной приемистости, соединенных с соответствующими кустовыми насосными станциями. Регулируемый электропривод насоса очистных сооружений дополнительно оснащен блоком аналитического контроля содержания в воде загрязняющих веществ с возможностью управления электроприводом. Между насосом и емкостным оборудованием размещен поточный анализатор загрязнений, функционально связанный с блоком аналитического контроля. Блоки управления кустовых насосных станций дополнительно оснащены пороговыми анализаторами, связанными функционально с поточным анализатором загрязнений через блок аналитического контроля, которые выполнены с возможностью включения и отключения соответствующего насоса кустовой насосной станции в зависимости от количества загрязнения жидкости и связанного с ним свойства группы нагнетательных скважин - их приемистости. 1 ил.

Система закачки воды, включающая очистные сооружения, содержащие емкостное оборудование, насос очистных сооружений, оснащенный регулируемым электроприводом, трубопроводы, кустовые насосные станции с установленными на них насосами с блоком управления, группы нагнетательных скважин различной приемистости, соединенных с соответствующими кустовыми насосными станциями, отличающаяся тем, что регулируемый электропривод насоса очистных сооружений дополнительно оснащен блоком аналитического контроля содержания в воде загрязняющих веществ с возможностью управления электроприводом, а между насосом и емкостным оборудованием размещен поточный анализатор загрязнений, функционально связанный с блоком аналитического контроля, при этом блоки управления кустовых насосных станций дополнительно оснащены пороговыми анализаторами, связанными функционально с поточным анализатором загрязнений через блок аналитического контроля, которые выполнены с возможностью включения и отключения соответствующего насоса кустовой насосной станции в зависимости от количества загрязнения жидкости и связанного с ним свойства группы нагнетательных скважин - их приемистости.