Способ периодической эксплуатации нефтяных скважин штанговой насосной установкой в самонастраиваемом режиме Российский патент 2020 года по МПК E21B43/12 

Изобретение относится к области добычи нефти из малодебитных скважин штанговыми насосными установками периодическим способом эксплуатации скважин.

Известен способ периодической эксплуатации скважин, заключающийся в периодической откачке жидкости насосом из скважины с последующим периодом накопления (см. Щуров В.И. Технология и техника добычи нефти. - М.: Недра, 1983, с. 412-415).

Недостатком способа является большая величина потерь нефти по сравнению с процессом непрерывной эксплуатации, поскольку средне интегральная депрессия на пласт при периодической эксплуатации всегда меньше депрессии при непрерывной эксплуатации при прочих равных условиях. Кроме того, дебит скважины колеблется в некоторых пределах, зависящих от депрессии на пласт, и не соответствует максимально возможной величине.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому по технической сути и достигаемому результату является способ периодической эксплуатации скважин, заключающийся в чередовании циклов откачки жидкости насосом из скважины с последующим периодом накопления, в течение которого скважина наполняется нефтью из пласта при остановленном насосе. В процессах накопления и откачки жидкости из скважины контролируют величину затрубного давления. При увеличении его значения в процессе накопления и уменьшении в процессе откачки соответственно стравливают газ из затрубного пространства или производят закачку газа в это пространство. Это осуществляют для поддержания затрубного давления на определенной отметке и восстановления в обоих случаях величины выбранной рабочей депрессии на пласт (см. Патент РФ №2193648, МПК Е21В 43/00. Способ периодической эксплуатации малодебитных скважин глубинно-насосной установкой. Опубл. 27.11.2002, бюл. №33), который принят за прототип.

Указанный способ обеспечивает достижение максимально возможного дебита при условии максимальной депрессии на пласт. Однако этот способ эксплуатации обусловлен применением сложного оборудования по закачке и стравливания газа (компрессор, газгольдер и т.п.), и соответственно, не может быть рекомендован к массовому применению. Кроме того, в данном способе не предполагается регулирование периода накопления в зависимости от изменения максимально возможного дебита скважины.

В основу настоящего изобретения положен способ периодической эксплуатации нефтяных скважин, обеспечивающий поддержание оптимальной производительности скважины, отвечающей максимальным потенциальным возможностям пласта и обеспечения дебита при минимальных затратах.

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение максимально возможного дебита скважины при одновременном исключении выделении газа и пескопроявления.

Поставленная задача достигается тем, что в способе периодической эксплуатации малодебитных скважин штанговой насосной установкой, заключающемся в чередовании циклов накопления жидкости при принятом отношении максимального и минимального расхода притока нефти, и ее откачки из скважины, предварительно определяют минимальное допустимое забойное давление Рз=Рзо с учетом величины допустимой депрессии на пласт, соответствующей максимальному допустимому давлению насыщения газа (выделение свободного газа) и условию сохранности пласта (пескопроявление); при остановленном насосе контролируют забойное давление Рз и его изменение при помощи датчика давления на приеме насоса с гальваническим каналом связи, при достижении минимального расхода притока нефти, пропорционального скорости изменения давления на забое, фиксируется максимальное забойное давление Р_зм и продолжительность Т накопления нефти; в работу запускается насос и контролируется забойное давление Р_з; при достижении забойного давления до минимального Р_зо, насос останавливается.

При снижении величины максимального давления Р_зм, что указывает снижение пластового давления от первоначального значения, минимальное забойное давление Р_зо может быть снижено на указанную величину снижения максимального забойного давления.

Предлагаемый способ поясняется чертежом.

На фиг. 1 представлена схема процесса накопления нефти в призабойной зоне и снижение давления на забое при периодической эксплуатации скважины;

На фиг. 2 - схема штанговой насосной установки, оснащенной гальваническим каналом связи.

При истощении запасов нефти в пласте скважинный штанговый насос переводится в режим наименьшей производительности, при котором обеспечивается эффективная эксплуатация скважины. Далее, при недостаточном притоке нефти, скважина переводится в режим периодической эксплуатации, как показан на фиг. 1. Указанный режим характеризуется следующими параметрами:

- минимальным забойным давлением Р_зо, определяемым максимальным допускаемым притоком нефти из условия предотвращения выделения песка и газа;

- максимальным забойным давлением, при котором расход притока нефти из пласта становится недостаточной;

- продолжительность Т накопления нефти в призабойной зоне;

- расход (производительность) насоса q;

- продолжительность t откачки нефти из призабойной зоны до давления Р_зо.

Следует сказать, минимальное забойное давление Р_зог, определяемое из условия предотвращения выделения газа практически может оставаться постоянным. А минимальное забойное давление из условия предотвращения выделения песка зависит от перепада давлений в пласте Р_п и забое Р_з, т.е.,

где ΔР - допускаемый перепад давлений в пласте и забое из условия предотвращения выделения песка. Поэтому при возможном снижении пластового давления, когда минимальное забойное давление ограничивалось условием предотвращения песковыделения, т.е., Р_зо=Р_зоп, и Р_зоп>Р_зог, оно может быть снижено до Р_зог.

Расход притока нефти из пласта давлением Р_п в забой определяется из соотношения [1]

где к - коэффициент нефтеотдачи пласта, который может меняться в процессе эксплуатации скважины.

В момент остановки работы насоса, когда забойное давление приближается к минимальному значению Р_з=Р_зо, расход притока нефти максимально допускаемый, при котором отсутствует пескопрявление и выделение газа из нефти.

С увеличением забойного давления, согласно формуле (1), расход притока нефти снижается, и при Р_з=Р_зм, расход становится минимальным, что дальнейшее накопление нефти на забое становится не эффективным.

Пороговое значение забойного давления Р_зм может быть определено следующим образом.

Контроль забойного давления в процессе накопления нефти в призабойной зоне позволяет определить разность давлений через определенный промежуток времени, например, через час. В наихудшем случае объем накопленной нефти за указанное время определяется разностью высоты столба жидкости в обсадной колонне между замерами

где D, d - внутренний диаметр обсадной колонны и наружный диаметр насосно-компрессорных труб (НКТ);

H_i-1, H_i - высота столба жидкости в обсадной колонне, соответствующие при двух последовательных замерах давления.

Как правило, отношение продолжительностей накопления Т и откачки t нефти, с учетом ограничения числа включений-выключений в работу насоса, составляет Величина n может находится в пределах от 5 до 20. Тогда средний расход притока нефти Q_c составит около 1/n часть от производительности q штангового насоса, т.е. Q_c=q/n. При этом отношение максимальной Q₂ и минимальной Q₁ величины притока нефти может также составит значительную величину, от 5 до 20, т.е.

При , и учитывая, что Q_c=0,5⋅(Q₁+Q₂), получим . Так как Q_c=q/n, получим соотношение для определения минимального расхода притока нефти из пласта в момент остановки насоса

Продолжительность накопления нефти в обсадной колонне между двумя замерами забойного давления, непосредственно перед остановкой насоса, может быть определена по формуле

Из указанного соотношения определим изменение высоты жидкости в обсадной колонне или забойного давления

где - площадь затрубного пространства между обсадной колонной и колонной НКТ.

Применительно для замера забойного давления формула примет вид

где ρ - плотность пластовой среды;

g - ускорение силы тяжести.

Таким образом, при известной производительности насоса q, интервала замера Δt забойного давления, площади затрубного пространства между обсадной колонной и НКТ, принятых отношении n продолжительности накопления нефти и откачки, максимального Q₂ и минимального Q₁ расхода притока нефти m, может быть определено максимальное забойное давление, при достижении которого включается штанговый насос.

Реализация описанного способа эксплуатации скважины поясняется схемой, представленной на фиг. 2.

Насосная установка включает спущенную на насосно-компрессорных трубах (НКТ) 1 штанговый насос 2, плунжер 3 которого посредством колонны штанг 4, являющейся одновременно каналом связи, соединен с приводом 5.

На забое скважины, ниже насоса 2, размещен датчик давления 6, который посредством контроллера 7 соединен с каналом связи 4 или колонной штанг.

Верхняя часть штанги 4 (канала связи) соединена с контроллером 8 станции управления 9.

Колонна НКТ 1 с насосом 2 опущена в эксплуатационную колонну 10.

Предлагаемый способ эксплуатации скважины осуществляется следующим образом.

Датчик давления 6 через равные промежутки времени измеряет, по программе, забойное давление Р_з на приеме насоса. Контроллер 7 обеспечивает контроль забойного давления и его изменение в процессе накопления и откачки нефти. При откачке нефти, при Р_з<=Р_зо, по гальваническому каналу связи 4 отсылается сигнал контроллеру 8 станции управления 9 на остановку привода 5 насоса. В период накопления нефти, контроллер 7 рассчитывает разность давлений при очередном замере, и сравнивает полученное значение с пороговой величиной, определяемой по формуле (6). Насос включается, начинается цикл откачки. При этом датчик 6 отслеживает изменение Рз, по достижению Рзо контроллер 7 посылает сигнал на отключение насоса.

В процессе длительной эксплуатации скважины может уменьшиться пластовое давление Р_п. Если минимальное забойное давление было назначено из условия предотвращения выделения песка, т.е.., Р_зо=Р_зоп, и Р_зоп>Р_зог, минимальное забойное давление может быть снижено при выполнении условия (1).

Литература

1. Андреев В.В., Уразаков К.Р., Далимов В.У. и др. Справочник по добыче нефти. Под ред. К.Р. Уразакова. - М: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2000. - 374 с.

Изобретение относится к области добычи нефти из малодебитных скважин штанговыми насосными установками и, в частности, к способу периодической эксплуатации скважин. Технический результат – обеспечение максимально возможного дебита скважины при одновременном исключении выделения газа и пескопроявления. Способ периодической эксплуатации нефтяных скважин заключается в мониторинге забойного давления при помощи датчика давления на приеме насоса. Устанавливают минимальное забойное давление, отношения продолжительности накопления и откачки пластовой среды из забоя, максимальный и минимальный расходы притока пластовой среды. При достижении забойного давления минимального значения насос отключают. При достижении прироста забойного давления, которое определяют по аналитическому выражению, насос включают. Аналитическое выражение включает учет производительности штангового насоса, площади затрубного пространства между обсадной колонной и колонной насосно-компрессорных труб, продолжительности между очередными замерами забойного давления, отношения максимальной и минимальной величины расхода притока пластовой среды, отношения продолжительности накопления и откачки нефти из забоя и плотности пластовой среды. 2 ил.

Способ периодической эксплуатации нефтяных скважин штанговой насосной установкой, заключающийся в мониторинге забойного давления при помощи датчика давления на приеме насоса, отличающийся тем, что при установленных минимальном забойном давлении, отношениях продолжительности накопления и откачки пластовой среды из забоя, максимального и минимального расходов притока пластовой среды, отключение насоса осуществляется при достижении забойного давления минимального значения, а включение - при достижении следующего прироста забойного давления, определяемого по формуле

где q - производительность штангового насоса;

F_з - площадь затрубного пространства между обсадной колонной и колонной НКТ;

Δt - продолжительность между очередными замерами забойного давления;

m - отношение максимальной и минимальной величин расхода притока пластовой среды;

n - отношение продолжительности накопления и откачки нефти из забоя;

ρ - плотность пластовой среды;

g - ускорение силы тяжести.