СИСТЕМА КУСТОВОЙ ЗАКАЧКИ ВОДЫ В ПЛАСТ Российский патент 2013 года по МПК E21B43/20 

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при разработке нефтяной залежи и работе системы поддержания пластового давления при отрицательных температурах.

Известна система кустовой закачки воды в пласт (см. Учебное пособие «Эксплуатация систем поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений», авт. Зейгман Ю.В., Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007, с.179-188), включающая кустовую насосную станцию, блок гребенки с задвижками, водоводы, задвижки, размещенные в приустьевой зоне нагнетательных скважин, расходомеры, установленные на блоке гребенки и/или в приустьевой зоне нагнетательных скважин, которые эксплуатируются при различных рабочих давлениях с остановками кустовой насосной станции, кустовой контроллер с каналом передачи информации от расходомеров к кустовому контроллеру, выполненный с возможностью открытия и закрытия задвижек на блоке гребенки и/или задвижек, размещенных в приустьевой зоне нагнетательных скважин.

Наиболее близкой является система кустовой закачки воды в пласт (патент РФ №2278248, МПК Е21В 43/20, опубл. 20.06.2006, Бюл. №17), включающая кустовую насосную станцию, блок гребенки с задвижками, водоводы, задвижки, размещенные в приустьевой зоне нагнетательных скважин, расходомеры, установленные на блоке гребенки и/или в приустьевой зоне нагнетательных скважин, которые эксплуатируются при различных рабочих давлениях с остановками кустовой насосной станции, кустовой контроллер с каналом передачи информации от расходомеров к кустовому контроллеру, выполненный с возможностью открытия и закрытия задвижек на блоке гребенки и/или задвижек, размещенных в приустьевой зоне нагнетательных скважин.

Недостатками этих систем при эксплуатации в отрицательных наружных температурах являются то, что при отключении нагнетательных скважин (аварийные, технологические, плановые остановки) при помощи задвижек блока гребенки и задвижек, размещенных в приустьевой зоне нагнетательных скважин или остановке насоса кустовой насосной станции, происходит:

- замерзание водоводов (образование ледяной пробки) в приустьевой зоне и устья нагнетательных скважин, что приводит к разрушению наземного участка водовода в приустьевой зоне;

- образование ледяной шуги (рыхлых скоплений твердой фазы в воде), которая, уплотняясь, закупоривает водовод и при возобновлении закачки (пуске насоса кустовой насосной станции) приводит к возникновению гидравлических ударов и разрушению водовода в приустьевой зоне или в линейной (подземной) части.

Вследствие этого приходится отогревать водоводы перед пуском, либо ремонтировать их при порывах, что требует дополнительных эксплуатационных затрат. Кроме того, из-за опасности замерзания водоводов ограничивают в условиях отрицательных температур работу кустовых насосных станций, что приводит к падению пластового давления и снижению дебитов нефти на участке добычи.

Техническими задачами предлагаемого изобретения являются исключение замерзания водоводов и образования в них закупорок (в приустьевой зоне и линейной части), а также устья нагнетательных скважин при эксплуатации при отрицательных температурах на период остановки насоса кустовой насосной станции за счет замещения воды в водоводе в приустьевой зоне нагнетательной скважины и, как следствие, снижение порывности водоводов, соответственно, снижение материальных затрат на обслуживание и ремонт систем закачки воды, а также обеспечение возможности осуществлять закачку воды в пласт для поддержания пластового давления в условиях отрицательных температур.

Техническая задача решается системой кустовой закачки воды в пласт, включающая кустовую насосную станцию, блок гребенки с задвижками, водоводы, задвижки, размещенные в приустьевой зоне нагнетательных скважин, расходомеры, установленные на блоке гребенки и/или в приустьевой зоне нагнетательных скважин, эксплуатация которых предусмотрена при различных рабочих давлениях с остановками кустовой насосной станции, кустовой контроллер с каналом передачи информации от расходомеров к кустовому контроллеру, выполненный с возможностью открытия и закрытия задвижек на блоке гребенки и/или задвижек, размещенных в приустьевой зоне нагнетательных скважин.

Новым является то, что кустовой контроллер снабжен программируемым интервальным таймером, выполненным с возможностью подачи сигналов открытия или закрытия задвижек для исключения замерзания в водоводе с наименьшей скоростью движения воды при остановке кустовой насосной станции с интервалом и продолжительностью открытия, определяемыми эмпирическим путем в зависимости от наружной температуры, диаметра водоводов, их теплоизоляции и состава жидкости в них для периодической перекачки от одного до трех объемов воды в данном водоводе.

Новым является также то, что таймер выполнен с возможностью генерации при отрицательных наружных температурах сигналов с интервалом и продолжительностью открытия задвижек, исключающими замерзание данного водовода при минимальных температурах для региона использования для данного времени года.

Новым является также то, что таймер оснащен датчиком температуры окружающего воздуха и выполнен с возможностью генерации при отрицательных наружных температурах сигналов с интервалом и продолжительностью открытия задвижек, исключающими замерзание данного водовода при данной температуре.

На чертеже представлена технологическая схема системы кустовой закачки воды в пласт.

Схема содержит насос 1 кустовой насосной станции 2, выкидной водовод 3 насоса 1 кустовой насосной станции 2, блок гребенки 4 с задвижками 5, 6, 7, водоводы 8, 9, 10, задвижки 11, 12, 13, 14, размещенные в приустьевой зоне нагнетательных скважин, расходомеры 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, установленные на блоке гребенки 4 и/или в приустьевой зоне нагнетательных скважин, кустовой контроллер 22 с каналом передачи информации 23 от расходомеров 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 к кустовому контроллеру 22, программируемый интервальный таймер 24, датчик температуры 25, нагнетательные скважины 26, 27, 28, 29. Приустьевые зоны нагнетательных скважин включают участки водоводов 8, 9, 10 в наземной части от задвижек 11, 12, 13, 14 до устья включительно (фонтанная елка) нагнетательных скважин 26, 27, 28, 29.

Схема работает следующим образом. Предлагаемая система кустовой закачки воды в пласт предусматривает закачку воды насосом 1 кустовой насосной станции 2 через выкидной водовод 3 насоса 1 кустовой насосной станции 2, блок гребенки 4 с задвижками 5, 6, 7, водоводы 8, 9, 10 с задвижками 11, 12, 13, 14, размещенные в приустьевой зоне нагнетательных скважин, в нагнетательные скважины 26, 27, 28, 29 при различных рабочих давлениях. В системе предусмотрены расходомеры 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, установленные на блоке гребенки 4 и/или в приустьевой зоне всех нагнетательных скважин 26, 27, 28 и 29, кустовой контроллер 22 с каналом передачи информации 23 от расходомеров 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 к кустовому контроллеру 22, программируемый интервальный таймер 24, датчик температуры 25.

В условиях отрицательных наружных температур на период остановки (аварийные, технологические, плановые остановки) насоса 1 кустовой насосной станции 2 закрывают задвижки 5, 6, 7 на блоке гребенки 4 и/или задвижки 11, 12, 13, 14, размещенные в приустьевой зоне нагнетательных скважин 26, 27, 28, 29. Периодическое открытие и закрытие задвижек 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 при остановленной кустовой насосной станции 2 осуществляется кустовым контроллером 22, снабженным программируемым интервальным таймером 23, подающим сигналы на открытие или закрытие задвижек 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 с интервалом и продолжительностью открытия, определяемыми эмпирическим путем в зависимости от наружной температуры, диаметра водоводов, их теплоизоляции и состава жидкости в них (табл.1-4). По промысловым данным выявляется нагнетательная скважина с наименьшей скоростью движения воды в водоводе. При этом интервал времени за каждое открытие задвижки нагнетательной скважины с наименьшей скоростью движения воды в водоводе определяется исходя из замещения количества воды, например, от одного до трех объемов водовода.

В табл.1, 2, 3, 4 представлена информация о времени охлаждения воды различной плотности в черных и металлопластмассовых трубах (водоводах) с наружной изоляцией (в качестве которой используется, например, слой полиуретана) и без наружной изоляции в зависимости от наружной температуры для месторождений ОАО «Татнефть» (Татарстан), полученная эмпирическим путем. Начальная температура воды плюс 5°C, конечная температура воды плюс 1°C.

Таблица 1 Информация о времени охлаждения воды различной плотности в черных трубах без изоляции в зависимости от наружной температуры Температура окружающего воздуха, °C Труба черная без изоляции D=89×7 мм D=114×9 мм ρ=1000 кг/м³ ρ=1100 кг/м³ ρ=1000 кг/м³ ρ=1100 кг/м³ час:мин час:мин час:мин час:мин 0 3:41 4:04 6:03 6:39 минус 5 1:10 1:17 1:55 2:07 минус 10 0:43 0:47 1:10 1:17 минус 15 0:31 0:34 0:50 0:55 минус 20 0:24 0:26 0:39 0:43 минус 25 0:20 0:22 0:32 0:35 минус 30 0:17 0:18 0:27 0:30 минус 35 0:14 0:16 0:24 0:26 минус 40 0:13 0:14 0:21 0:23 Примечание * - Время охлаждения воды с плюс 5 до плюс 1°C на 1 м водовода

Таблица 2 Информация о времени охлаждения воды в черных трубах различной плотности с изоляцией в зависимости от наружной температуры Температура окружающего воздуха, °C Труба черная с изоляцией D=89×7 мм D=114×9 мм ρ=1000 кг/м³ ρ=1100 кг/м³ ρ=1000 кг/м³ ρ=1100 кг/м³ час:мин час:мин час:мин час:мин 0 15:37 17:06 25:49 28:16 минус 5 4:57 5:26 8:12 8:58 минус 10 3:01 3:18 4:59 5:27 минус 15 2:10 2:22 3:35 3:55 минус 20 1:41 1:51 2:48 3:04 минус 25 1:23 1:31 2:18 2:31 минус 30 1:11 1:17 1:57 2:08 минус 35 1:01 1:07 1:41 1:51 минус 40 0:54 0:59 1:30 1:38 Примечание * - Время охлаждения воды с плюс 5 до плюс 1°C на 1 м водовода

Таблица 3 Информация о времени охлаждения воды различной плотности в металлопластмассовых трубах (МПТ) без изоляции в зависимости от наружной температуры Температура окружающего воздуха, °C Труба МПТ без изоляции D=89×7 мм D=114×9 мм ρ=1000 кг/м³ ρ=1100 кг/м³ ρ=1000 кг/м³ ρ=1100 кг/м³ час:мин час:мин час:мин час:мин 0 3:06 3:28 5:18 5:49 минус 5 1:00 1:06 1:41 1:51 минус 10 0:36 0:40 1:01 1:07 минус 15 0:26 0:29 0:44 0:48 минус 20 0:20 0:22 0:34 0:38 минус 25 0:17 0:18 0:28 0:31 минус 30 0:14 0:16 0:24 0:26 минус 35 0:12 0:14 0:21 0:23 минус 40 0:11 0:12 0:18 0:20 Примечание * - Время охлаждения воды с плюс 5 до плюс 1°C на 1 м водовода

Таблица 4 Информация о времени охлаждения воды различной плотности в металлопластмассовых трубах (МПТ) с изоляцией в зависимости от наружной температуры Температура окружающего воздуха, °C Труба МПТ с изоляцией D=89×7 мм D=114×9 мм ρ=1000 кг/м³ ρ=1100 кг/м³ ρ=1000 кг/м³ ρ=1100 кг/м³ час:мин час:мин час:мин час:мин 0 12:36 13:47 22:00 24:02 минус 5 3:59 4:23 7:00 7:38 минус 10 2:26 2:39 4:14 4:38 минус 15 1:45 1:55 3:03 3:20 минус 20 1:22 1:30 2:33 2:36 минус 25 1:07 1:14 1:57 2:08 минус 30 0:57 1:02 1:39 1:49 минус 35 0:49 0:54 1:26 1:34 минус 40 0:44 0:48 1:16 1:23 Примечание * - Время охлаждения воды с плюс 5 до плюс 1°C на 1 м водовода

Интервалы времени, через которые интервальный таймер 24 формирует сигналы на открытие и закрытие задвижек 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14, определяются из условий, исключающих замерзание данного водовода при минимальных температурах для региона использования (табл.1-4) для данного времени года. Для месторождений Татарстана для зимнего месяца «январь» принята минимальная температура окружающего воздуха - минус 40°C.

При оснащении интервального таймера 24, выполненного с возможностью генерации при отрицательных наружных температурах сигналов на открытие и закрытие задвижек 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14, датчиком температуры окружающего воздуха 25 продолжительность открытия и закрытия задвижек 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 принимается из условий, исключающих замерзание данного водовода при данной температуре (табл.1-4).

Пример конкретного выполнения.

К кустовой насосной станции в среднем подключается от 3 до 30 нагнетательных скважин. Рассмотрим пример конкретного выполнения, когда к кустовой насосной станции 2 подключены четыре нагнетательные скважины 26, 27, 28, 29. В соответствии с заданием по закачке за определенный период времени - 23 часа - в нагнетательные скважины 26, 27, 28, 29 (см. чертеж) необходимо закачать 480 м³ пресной воды (ρ=1000 кг/м³) насосом ГНУ 500-1500. Водоводы 8, 9, 10 выполнены из металлопластмассовых труб 114×9 без изоляции. Температура окружающего воздуха составляет минус 20°C, а минимальная для данного времени года (месяц «декабрь») температура составляет минус 30°C. Предварительно выявлена нагнетательная скважина 26 с наименьшей скоростью движения воды в водоводе 8. При этом интервал времени за каждое открытие задвижки 11 нагнетательной скважины 26 с наименьшей скоростью движения воды в водоводе 8 определяется исходя из замещения количества воды, например, от одного до трех объемов водовода 8 - для данного примера этот интервал времени составляет 6 минут. На остальных нагнетательных скважинах 27, 28, 29 с большей скоростью движения воды в водоводах 9, 10 кратность замещения воды будет больше, чем на нагнетательной скважине 26 с наименьшей скоростью движения воды в водоводе 8, что заведомо лучше с точки зрения теплообмена.

В условиях отрицательных наружных температур для месторождений ОАО «Тат-нефть» (минус 20°C), когда кустовой контроллер 22 не оснащен датчиком температуры 25, при остановке (плановая остановка) насоса 1 кустовой насосной станции 2 продолжительностью 1 час при высоких пиковых нагрузках системы энергоснабжения системы ППД (выполнение программы энергосбережения) закрывают задвижки 5, 6, 7 на блоке гребенки 4 и задвижки 11, 12, 13, 14 в приустьевой зоне нагнетательных скважин 26, 27, 28, 29. Открытие задвижек 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 при остановленной кустовой насосной станции 2 осуществляется кустовым контроллером 22, снабженным программируемым интервальным таймером 23, подающим сигналы на открытие задвижек 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 через 24 минуты с продолжительностью открытия 6 минут. Таким образом, интервалы времени в 24 минуты, через которые интервальный таймер 24 формирует сигналы на открытие и закрытие задвижек 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14, определяются из условий, исключающих замерзание данного водовода при минимальной температуре для данного региона и времени года не ниже минус 30°C (табл.3).

Далее процесс открытия и закрытия задвижек 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 при остановленном насосе 1 кустовой насосной станции 2 повторяется.

В условиях отрицательных наружных температур для месторождений ОАО «Тат-нефть» (минус 20°C), когда кустовой контроллер 22 оснащен датчиком температуры 25, при остановке (плановая остановка) насоса 1 кустовой насосной станции 2 продолжительностью 1 час при высоких пиковых нагрузках системы энергоснабжения системы ППД (выполнение программы энергосбережения) закрывают задвижки 5, 6, 7 на блоке гребенки 4 и задвижки 11, 12, 13, 14 в приустьевой зоне нагнетательных скважин 26, 27, 28, 29. Открытие задвижек 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 при остановленной кустовой насосной станции 2 осуществляется кустовым контроллером 22, снабженным программируемым интервальным таймером 23, выполненным с возможностью генерации при отрицательных наружных температурах сигналов и подающим сигналы на открытие задвижек 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 через 34 минуты с продолжительностью открытия 6 минут, определяемой из условия наименьшей скорости движения воды в водоводе 8 нагнетательной скважины 26 и замещения количества воды, например, от одного до трех объемов водовода 8, а также исключения замерзания данного водовода 8 при данной температуре - минус 20°C (табл.3).

В табл.5 представлены сравнительные показатели известной (наиболее близкого аналога) и предлагаемой системы закачки воды в пласт.

Таблица 5 Показатель Значения показателей при известной (наиболее близкий аналог)и предлагаемой системе известная предлагаемая Закачка воды, тыс. м³/год 175,2 175,2 Стоимость используемого оборудования и материалов, тыс. руб.:     - насосный агрегат, ГНУ 500-1500 2500,0 2500,0 - блок гребенки с задвижками 1500,0 1500,0 - система водоводов L=3500 м, D=114×9 мм 8100,0 8100,0 - задвижка в приустьевой зоне, 4 шт. 200,0 200,0 - расходомеры, 7 шт. 1750,0 1750,0 - кустовой контроллер 110,0 110,0 - интервальный таймер   50,0 - датчик температуры   30,0 Удельная частота порывов на водоводах, шт./км 0,034 0,011 Затраты на обслуживание и ремонт водоводов, тыс. руб./год 410,0 135,0

Из табл.5 видно, что предлагаемая система экономически эффективнее в сравнении с известной системой: при дополнительных затратах 80 тыс.руб. на таймер и датчик ежегодные затраты снижаются на 275 тыс.руб.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой системы закачки воды в пласт при отрицательных температурах системы поддержания пластового давления нефтяного месторождения достигается за счет исключения замерзания водоводов и образования в них закупорок (в приустьевой зоне и линейной части), а также устья нагнетательных скважин при эксплуатации при отрицательных температурах на период остановки насоса кустовой насосной станции за счет замещения воды в водоводе в приустьевой зоне нагнетательной скважины.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при разработке нефтяной залежи и работе системы поддержания пластового давления. Обеспечивает повышение надежности работы системы за счет исключения замерзания водоводов. Сущность изобретения: система кустовой закачки воды в пласт включает кустовую насосную станцию, блок гребенки с задвижками, водоводы, задвижки, размещенные в приустьевой зоне нагнетательных скважин, расходомеры, установленные на блоке гребенки и/или в приустьевой зоне нагнетательных скважин, эксплуатация которых предусмотрена при различных рабочих давлениях с остановками кустовой насосной станции, кустовой контроллер с каналом передачи информации от расходомеров к кустовому контроллеру, выполненный с возможностью открытия и закрытия задвижек на блоке гребенки и/или задвижек, размещенных в приустьевой зоне нагнетательных скважин. Согласно изобретению кустовой контроллер снабжен программируемым интервальным таймером, выполненным с возможностью подачи сигналов открытия или закрытия задвижек для исключения замерзания в водоводе с наименьшей скоростью движения воды при остановке кустовой насосной станции с интервалом и продолжительностью открытия, определяемых эмпирическим путем в зависимости от наружной температуры, диаметра водоводов, их теплоизоляции и состава жидкости в них для периодической перекачки от одного до трех объемов воды в данном водоводе. 2 з.п. ф-лы, 5 табл., 1 ил.

1. Система кустовой закачки воды в пласт, включающая кустовую насосную станцию, блок гребенки с задвижками, водоводы, задвижки, размещенные в приустьевой зоне нагнетательных скважин, расходомеры, установленные на блоке гребенки и/или в приустьевой зоне нагнетательных скважин, эксплуатация которых предусмотрена при различных рабочих давлениях с остановками кустовой насосной станции, кустовой контроллер с каналом передачи информации от расходомеров к кустовому контроллеру, выполненный с возможностью открытия и закрытия задвижек на блоке гребенки и/или задвижек, размещенных в приустьевой зоне нагнетательных скважин, отличающаяся тем, что кустовой контроллер снабжен программируемым интервальным таймером, выполненным с возможностью подачи сигналов открытия или закрытия задвижек для исключения замерзания в водоводе с наименьшей скоростью движения воды при остановке кустовой насосной станции с интервалом и продолжительностью открытия, определяемых эмпирическим путем в зависимости от наружной температуры, диаметра водоводов, их теплоизоляции и состава жидкости в них для периодической перекачки от одного до трех объемов воды в данном водоводе.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что таймер выполнен с возможностью генерации при отрицательных наружных температурах сигналов с интервалом и продолжительностью открытия задвижек, исключающих замерзание данного водовода при минимальных температурах для региона использования для данного времени года.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что таймер оснащен датчиком температуры окружающего воздуха и выполнен с возможностью генерации при отрицательных, наружных температурах сигналов с интервалом и продолжительностью открытия задвижек, исключающих замерзание данного водовода при данной температуре.