СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРА ПОТЕРЬ УГЛЕВОДОРОДОВ НА СКВАЖИНАХ Российский патент 2017 года по МПК E21B47/10 

Заявляемое изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для организации учета потерь легких углеводородов в виде попутного нефтяного газа на нефтедобывающих скважинах.

Нефтедобывающая скважина является своеобразным герметичным сосудом, работающим под избыточным давлением (рекомендуется давление на устье скважины не превышать более 40 атм), поэтому при ее повседневной эксплуатации потери углеводородов (УВ) в виде легких компонент нефти отсутствуют. В межтрубном пространстве (МП) скважины (кольцевое пространство между обсадной колонной и колонной насосно-компрессорных труб) при механизированной добыче нефти находится попутный нефтяной газ (ПНГ) под определенным давлением до 40 атм. Этот газ можно в технологических целях выпустить из МП в двух раздельных направлениях.

1. В выкидную линию (ВЛ) скважины, то есть в начальную точку системы нефтесбора. При этом давление в МП снизится только до определенного значения, а именно до давления в выкидной линии Р_ВЛ. Ввод газа из межтрубья в выкидную линию осуществляется либо в автоматическом режиме, либо вручную с помощью специального перепускного клапана.

2. Газ может быть выпущен непосредственно в атмосферу через устьевой вентиль обсадной колонны. В этом случае ПНГ выпускают так, что давление межтрубного пространства становится равным атмосферному.

Потери легких углеводородов (метан, этан, пропан, бутан и даже пентано-гексановые фракции в виде мельчайших капель) происходят на скважинах в тех случаях, когда давление снижают в МП до атмосферного путем выпуска ПНГ в атмосферу. Система учета этих потерь на нефтепромыслах не налажена, так как считается, что они неизбежны и малы по сравнению с потерями УВ в резервуарном парке. Существует техническая задача оценки этих потерь по двум причинам:

- экологическая область, ведь в составе ПНГ может находиться и сероводород, крайне опасный для людей и животных газ;

- экономическая причина состоит в сравнении величины потерь с объемами добываемой нефти, расчете экономической целесообразности снижения этих потерь, если они большие.

Широко известен закон Бойля-Мариотта (Элементарный учебник физики: Учеб. пособие / Под ред. Г.С. Ландсберга: Т. 1. - 11 изд. - М.: Наука, Физматлит, 1995. - С. 430), который гласит, что давление некоторой массы газа при постоянной температуре обратно пропорционально объему газа. Поэтому, оценив на скважине динамический уровень и давление газа, можно рассчитать объем находящегося в скважине и выпущенного в атмосферу попутного нефтяного газа. Способ требует перед выпуском ПНГ в атмосферу присутствия на скважине специалиста с переносным манометром и уровнемером. Кроме того, данный способ подразумевает передачу полученной информации в компьютерную базу данных предприятия через определенный промежуток времени путем ввода данных в компьютер. Способ зависит от аккуратности и исполнительности персонала предприятия.

Актуальной технической задачей на современном нефтегазодобывающем предприятии является, на наш взгляд, получение объективной информации по потерям легких углеводородов на нефтедобывающих скважинах без участия персонала предприятия, то есть в автоматическом режиме эксплуатации скважин. Эта задача, по сути, относится к интеллектуальным скважинам и месторождениям, общая концепция которых сегодня находится на стадии детализации.

Поставленная техническая задача решается в способе определения размера потерь углеводородов на скважинах, заключающемся в определении объема газа исходя из объема сосуда с газом и давления газа в сосуде, тем что в межтрубном пространстве скважины на устье скважины устанавливают стационарный датчик давления с регистрацией его показаний в постоянном режиме времени на станции управления скважиной, расчет объема выделенного из скважины попутного нефтяного газа за отчетный промежуток времени ведут по участкам непрерывного снижения давления в межтрубном пространстве в зоне датчика, причем до атмосферного давления, по формуле:

где V_потерь - объем потерь легких углеводородов в виде выпущенного в атмосферу попутного нефтяного газа за отчетный период времени, м³;

D - внутренний диаметр обсадной колонны, м;

d - внешний диаметр колонны лифтовых труб (насосно-компрессорных труб - НКТ), м;

Н_дин - динамический уровень жидкости в межтрубном пространстве на момент i-го выпуска ПНГ в атмосферу, м;

Р_уст - показание устьевого датчика давления в МП в начальный момент процесса снижения межтрубного давления газа до атмосферного, Па;

Р_дин - давление ПНГ в зоне динамического уровня жидкости в начальный момент процесса снижения межтрубного давления газа до атмосферного, Па; (определяется расчетным путем, например по формуле Лапласа-Бабинэ, источник: стр. 134 книги Коротаев Ю.П., Ширковский А.И. Добыча, транспорт и подземное хранение газа. Учебник для вузов. - М.: Недра, 1984, 487 с.);

Р_атм - атмосферное давление, равное 1,013⋅10⁵ Па;

n - количество кратковременных снижений устьевого давления до атмосферного давления за отчетный период времени.

На фиг. 1 приведена схема расположения датчика давления на устье скважины, где дополнительно указаны следующие части и элементы скважины: 1 - обсадная колонна (ОК), 2 - колонна НКТ, 3 - перепускной клапан для открытия или закрытия отверстия между ОК и колонной НКТ, 4 - выкидная линия скважины в систему нефтесбора, 5 - вентиль обсадной колонны, 6 - динамический уровень жидкости, 7 - попутный нефтяной газ в межтрубном пространстве, 8 - датчик давления, 9 - станция управления скважиной, 10 - глубинный насос.

Согласно изобретению датчик давления 8 располагают в верхней части межтрубного пространства нефтедобывающей скважины на длительное время и соединяют его со станцией управления 9 для сбора и интерпретации информации по давлению в МП. В зависимости от вида проводимой на скважине работы динамика снижения давления в МП, подлежащая интерпретации и учету по фактору потерь УВ, может быть двух видов.

1. Одноступенчатое снижение давления. Попутный нефтяной газ в течение нескольких минут выпускают через вентиль 4 в атмосферу так, что давление снижается с 20 атм до атмосферного (избыточное давление снижается до нуля). Этот случай приведен на фиг. 2. Такая картина наблюдается в двух случаях:

- перепускной клапан 3 находится в неисправном и закрытом состоянии;

- давления в межтрубном пространстве Р_уст и давление в выкидной линии скважины одинаковы и нет возможности направить ПНГ в систему нефтесбора.

По формуле 1 контроллер станции управления (СУ) по факту такой динамики устьевого давления в МП рассчитывает потери УВ в виде ушедшего в атмосферу объема попутного нефтяного газа. Значение динамического уровня H_дин=500 м контроллер выбирает из информационного банка данных скважины как ближайшее значение на время выпуска ПНГ в атмосферу. Давление газа над динамическим уровнем Р_дин=21,2 атм рассчитывает контроллер СУ исходя из устьевого давления и параметров ПНГ по формуле Лапласа-Бабинэ.

2. Двухступенчатое снижение давления приведено на фиг. 3. В целях снижения потерь УВ попутный нефтяной газ выпускается из МП в два этапа. На первом этапе ПНГ через перепускной клапан 3 переводят в выкидную линию 4 без каких-либо потерь для предприятия. Давление при этом падает с 20 до 10 атм (давление в выкидной линии 4 равно 10 атм.). На втором этапе после закрытия клапана 3 ПНГ вынужденно выпускают в атмосферу, образуются потери УВ при снижении избыточного давления с 10 до 0 атм. Так как между двумя снижениями давления (на рисунке - фиг. 3 они изображены интервалами а-b и с-d) всегда образуется промежуток времени в несколько минут, необходимый для закрытия перепускного клапана 3, подсоединения к вентилю ОК 5 специальной вертикальной трубы рассеивания ПНГ в атмосферу и, наконец, открытия вентиля 5. Эти несколько минут всегда образуют порожек, то есть горизонтальную линию b-с небольшой длины. Согласно изобретению, контроллер станции управления в качестве Р_уст в формуле 1 выберет только то начальное значение давления в МП, после которого давление без остановки снизится до атмосферного (избыточное давление снизится до нуля). Эта особенность в выборе исходной информации для расчета потерь УВ также участвует в формировании таких критериев состоятельности изобретения, как новизна и существенное отличие.

По формуле 1 контроллер СУ считает

В течение отчетного месяца по рассмотренной условной нефтедобывающей скважине произошло два выпуска попутного нефтяного газа в атмосферу - соответственно по одноступенчатому снижению давления и двухступенчатому снижению давления согласно вышеописанным примерам. Рассчитанные потери объемов попутного нефтяного газа суммируются и выдаются контроллером СУ как потери легких УВ в целом по скважине за месяц:

Аналогичные работы и расчеты ведутся по всем нефтедобывающим скважинам нефтяного месторождения. По такой технологии будут определены все скважинные потери легких углеводородов. Такая работа предстоит на всех объектах нефтедобычи в недалеком будущем. Рассмотренная заявка на изобретение выполняет важную техническую задачу - без участия сотрудников предприятия определяются потери легких углеводородов при эксплуатации нефтедобывающих скважин. Установка устьевых датчиков давления в межтрубном пространстве скважины - это вопрос времени, ведь такое средство измерения будет нести и другие функции, например, функцию контроля безопасного состояния устьевой арматуры и обсадной колонны. По изобретению предложен способ учета потерь УВ с помощью датчика давления с выводом информации на станцию управления скважиной.

Предлагаемое изобретение относится к скважинной добыче нефти, может быть использовано на всех предприятиях нефтедобывающей промышленности. Способ заключается в том, что в межтрубном пространстве скважины на устье скважины устанавливают стационарный датчик давления с регистрацией его показаний в постоянном режиме времени. Расчет объема выделенного из скважины попутного нефтяного газа за отчетный промежуток времени ведут по участкам непрерывного снижения давления в межтрубном пространстве в зоне датчика, причем до атмосферного давления, по формуле:

где V_потерь - объем потерь легких углеводородов в виде выпущенного в атмосферу из скважины попутного нефтяного газа за отчетный период времени;

D - внутренний диаметр обсадной колонны, м;

d - внешний диаметр колонны лифтовых труб (насосно-компрессорных труб - НКТ), м;

Н_дин - динамический уровень жидкости в межтрубном пространстве на время i-гo выпуска попутного нефтяного газа (ПНГ) в атмосферу, м;

Р_уст - показание устьевого датчика давления в межтрубном пространстве (МП) в начальный момент процесса снижения межтрубного давления газа до атмосферного, Па;

Р_дин - давление ПНГ в зоне динамического уровня жидкости в начальный момент процесса снижения межтрубного давления газа до атмосферного, Па (определяется расчетным путем, например по формуле Лапласа-Бабинэ);

Р_атм - атмосферное давление, равное 1,013⋅10⁵ Па;

n - количество кратковременных снижений устьевого давления до атмосферного давления за отчетный период времени. 3 ил.

Способ определения размера потерь углеводородов на скважинах, заключающийся в определении объема газа исходя из его объема в сосуде под давлением, отличающийся тем, что в межтрубном пространстве скважины на устье скважины устанавливают стационарный датчик давления с регистрацией его показаний в постоянном режиме времени на станции управления скважиной, расчет объема выделенного из скважины попутного нефтяного газа за отчетный промежуток времени ведут по участкам непрерывного снижения давления в межтрубном пространстве в зоне датчика, причем до атмосферного давления, по формуле:

где V_потерь - объем потерь легких углеводородов в виде выпущенного в атмосферу из скважины попутного нефтяного газа за отчетный период времени;

D - внутренний диаметр обсадной колонны, м;

d - внешний диаметр колонны лифтовых труб (насосно-компрессорных труб - НКТ), м;

Н_дин - динамический уровень жидкости в межтрубном пространстве на время i-гo выпуска попутного нефтяного газа (ПНГ) в атмосферу, м;

Р_уст - показание устьевого датчика давления в межтрубном пространстве (МП) в начальный момент процесса снижения межтрубного давления газа до атмосферного, Па;

Р_дин - давление ПНГ в зоне динамического уровня жидкости в начальный момент процесса снижения межтрубного давления газа до атмосферного, Па (определяется расчетным путем, например по формуле Лапласа-Бабинэ);

Р_атм - атмосферное давление, равное 1,013⋅10⁵ Па;

n - количество кратковременных снижений устьевого давления до атмосферного давления за отчетный период времени.