Способ регулирования режима работы скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса Российский патент 2020 года по МПК E21B47/06 E21B43/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к технике добычи нефти и может быть использовано в нефтяной промышленности для поддержания стационарного режима работы скважины в процессе добычи нефти.

Известен способ фонтанной добычи нефти, заключающийся в том, что измеряют устьевое и затрубное давление в скважине, открывают нефтепровод при повышении, по меньшей мере, одного из этих давлений до соответствующего верхнего предельного значения, а перекрывают его при понижении, по меньшей мере, одного из этих давлений до соответствующего нижнего предельного значения, а указанные предельные значения устьевого и забойного давлений выбирают из условия создания оптимального забойного давления, обеспечивающего максимальный дебит скважины и нефтеотдачу пласта (RU 2165517 С2, Е21В 43/00, Е21В 43/12, опубл. 20.04.2001 Бюл. №11). Однако указанный способ обеспечивает регулирование забойного давления скважины в относительно широком диапазоне предельно допустимых значений, не решает задачи поддержания оптимального забойного давления, обеспечивающего максимальный дебит скважины. Так например, при повышении устьевого давления значительно выше верхнего предельного значения соответственно повышается забойное давление, уменьшается депрессия и приток флюида в забой, снижается дебит и стимулируется переход скважины на периодический режим работы. При этом погружной насос работает в повторно-кратковременном режиме, что сокращает срок его эксплуатации. Способ целесообразно использовать лишь для малодебитных скважин, работающих в периодическом режиме эксплуатации, что резко ограничивает область его применения.

Известен способ оптимизации работы нефтяной скважины с одновременным измерением ее дебита, использующий запорные органы, каждый из которых выполнен в виде клапана с регулируемой пропускной способностью (RU 49102 U1, Е21В 43/00, опубл. 10.11.2005 Бюл. №31). Недостатком способа является его низкая надежность, связанная с использованием большого количества контрольно-измерительных и регулирующих элементов.

Известен способ эксплуатации малодебитной скважины электронасосом с частотно-регулируемым приводом, основанный на периодическом повторении циклов, включающих запуск насоса при увеличивающейся частоте питающего напряжения и подачу жидкости насосом при заданной частоте, причем после достижения заданной величины давления в колонне труб в текущем цикле уменьшают частоту питающего напряжения до прекращения подачи насоса, с последующим поддержанием для обеспечения притока жидкости из пласта максимальной частоты, при которой насос не возобновляет подачу, а после достижения в процессе притока предусмотренной величины давления на приеме насоса цикл повторяют, восстанавливая подачу насоса переводом его на повышенную частоту, причем в фазе притока текущего цикла осуществляют модуляцию частоты напряжения питания электронасоса в области значений частоты, соответствующих изменяющимся в процессе притока параметрам насоса при прекращении и возобновлении подачи (RU 2119578 С1, Е21В 43/00, опубл. 27.09.1998). Однако недостатком способа является сложность и высокая стоимость оборудования, которая, как правило, сопоставима со стоимостью насосной установки, спущенной в скважину.

В техническом отношении указанный способ является наиболее близким предлагаемому изобретению и принят за прототип.

Перед изобретением была поставлена задача расширения потребительских свойств, повышения надежности и эффективности эксплуатации скважины, увеличения срока эксплуатации оборудования, в том числе, установки электроцентробежного насоса (УЭЦН).

Техническим результатом изобретения является расширение потребительских свойств, повышение надежности и эффективности эксплуатации скважины,. увеличение срока эксплуатации оборудования, в том числе УЭЦН.

Технический результат достигается за счет того, что в способе эксплуатации скважины электронасосом, включающим измерение давления в скважине на приеме электронасоса и поддержание заданной величины давления в колонне труб, в качестве электронасоса используют установку электроцентробежного насоса (УЭЦН), поддержание заданной величины давления в колонне труб осуществляют изменением буферного давления на устье скважины посредством автоматического изменения местного гидравлического сопротивления регулируемого дросселя пропорционально-интегрально-дафференцирующим (ПИД) регулятором на основании данных термоманометрической системы о давлении столба добываемой жидкости на приеме УЭЦН, при этом алгоритм ПИД - регулятора встроен в программное обеспечение станции управления установкой электроцентробежного насоса, регулируемый дроссель установлен после линейной задвижки устьевой фонтанной арматуры, а погружной блок термоманометрической системы выполнен моноблочно с УЭЦН.

На чертеже условно показано устройство регулирования режима работы скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса.

Устройство регулирования режима работы скважины 1, посредством которой осуществляют добычу жидкости из продуктивного пласта 2, содержит погружной электродвигатель 3, центробежный насос 4, кабельную линию 5, погружной блок 6 термоманометрической системы, станцию управления 7, колонну 8 насосно-компрессорных труб, манометр 10 для измерения буферного давления, буферную задвижку 11, линейную задвижку 12, регулируемый дроссель 13, манометр 14 для измерения линейного давления, электропривод 15, линию связи 16, линию обратной связи 17, источник электропитания 18.

Способ регулирования режима работы скважины, оборудованной УЭЦН, реализуют следующим образом.

УЭЦН включает погружной электродвигатель 3, приводящий в движение центробежный насос 4, откачивающий пластовую жидкость из скважины 1 в выкидную линию с регулируемым дросселем 13. Для обеспечения уровня И, соответствующего оптимальным условиям работы УЭЦН, необходимо на приеме центробежного насоса 4 поддерживать давление пластовой жидкости в определенных, достаточно узких пределах. Для поддержания в указанных пределах уровня пластовой жидкости в скважине 1 предназначен регулируемый дроссель 13. Поддерживать в заданных пределах давление пластовой жидкости необходимо в связи с тем, что длительная работа УЭЦН при низких или высоких давлениях пластовой жидкости приводит к выходу ее из строя и поэтому недопустима.

Постоянным уровень h пластовой жидкости в скважине 1 поддерживают автоматическим способом. В автоматическом режиме информация с установленного на приеме центробежного насоса 4 в верхней его части погружного блока 6 термоманометрической системы поступает по кабельной линии 5 на станцию управления 7, которая вырабатывает управляющий сигнал, передаваемый по каналу связи 16 на электропривод 15, приводящий в движение игольчатый запорно-регулирующий элемент (не показан) регулируемого дросселя 13. Игольчатый запорно-регулирующий элемент регулируемого дросселя 13 устанавливается в положение, изменяющее площадь дросселирующего отверстия и, соответственно, местное гидравлическое сопротивление, которое увеличивает или уменьшает его пропускную способность. Указанное приводит к соответствующему изменению в ту или иную сторону уровня пластовой жидкости h в скважине 1 и давления пластовой жидкости на приеме центробежного насоса 4.

Фактическое давление пластовой жидкости на приеме центробежного насоса 4 прямо пропорционально уровню пластовой жидкости в скважине 1. При понижении уровня h пластовой жидкости в скважине 1 регулируемый дроссель 13 по сигналу со станции управления 7, прошедшему по кабельной линии 5, уменьшает площадь проходного (дросселирующего) отверстия регулируемого дросселя 13 и, таким образом, сокращает поступление откачиваемой пластовой жидкости из скважины 1. Уровень пластовой жидкости в скважине 1 повышается и достигает заданной величины h, необходимой для оптимальной работы УЭЦН. С другой стороны, при повышении уровня пластовой жидкости в скважине 1 регулируемый дроссель 13 по команде со станции управления 7 увеличивает площадь дросселирующего отверстия и увеличивает поступление откачиваемой пластовой жидкости из скважины 1. Последнее приводит к снижению уровня пластовой жидкости и уменьшению давления на приеме центробежного насоса 4 УЭЦН.

Таким образом, регулируемый дроссель с высокой точностью поддерживает в скважине 1 оптимальный для УЭЦН уровень пластовой жидкости путем увеличения или уменьшения объемов ее отбора из скважины вплоть до полного перекрытия проходного отверстия. Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения позволяет получить заявляемый технического результат. К примеру, к повышению надежности и эффективности эксплуатации скважины, увеличению срока эксплуатации оборудования приводит работа УЭЦН в непрерывном режиме. При этом исключается необходимость работы УЭЦН в повторно-кратковременном режиме, увеличивающим энергозатраты и сокращающем срок эксплуатации оборудования. Излишними становятся и частотные преобразователи, предназначенные для изменения частоты электрического тока, питающего УЭЦН с целью изменения ее производительности. К расширению потребительских свойств и более точному поддержанию давления жидкости на приеме насоса приводит применение в качестве датчика давления термоманометрической системы, учитывающей кроме давления пластовой жидкости и температурные ее показатели. Расположение погружного блока термоманометрической системы моноблочно с УЭЦН способствует тому, что он оказывает меньшее сопротивление потоку пластовой жидкости в направлении устья скважины и, одновременно, не мешает ее проникновению на прием УЭЦН. Меньшее сопротивление потоку пластовой жидкости в направлении устья скважины способствует увеличению объема добываемой нефти и, таким образом, приводит к повышению эффективности эксплуатации скважины. Кроме того, в указанном случае параметры пластовой жидкости меньше влияют и на показания приборов. Все это положительно сказывается на режиме работы скважины. К тому же погружной блок подвергается менее агрессивному воздействию и разрушению со стороны окружающей среды, а именно, пластовой жидкости, содержащей различные механические включения. Указанное приводит к увеличению срока его эксплуатации. Известно, что высокая вязкость нефти значительно осложняет разработку нефтяной скважины и особенно затрудняет применение методов поддержания пластового давления. Поэтому использование игольчатого дросселя, главным достоинством которого является незначительное влияние вязкости на его характеристики, позволяет применять его на скважинах с высокой вязкостью добываемой нефти, что является признаком достижения технического результата, а именно, расширения потребительских свойств со стороны предлагаемого способа. Полезным свойством игольчатого дросселя является также плавное регулирование потока пластовой жидкости через проходное отверстие, что является признаком повышения надежности и эффективности эксплуатации скважины. Повышение эффективности эксплуатации скважины, поддержание с высокой точностью заданной величины давления в колонне труб достигается также и за счет использования ПИД-регулятора, алгоритм которого встроен в программное обеспечение станции управления 7. Применение ПИД-регулятора для формирования управляющего сигнала, необходимого для непрерывного управления, повышает точность и качество переходного процесса. Расположение регулируемого дросселя 13 после линейной задвижки 12 устьевой фонтанной арматуры повышает ремонтопригодность оборудования скважины, исключает воздействие на него со стороны пластовой жидкости после закрытия задвижки, повышает срок эксплуатации.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критериям патентоспособности изобретения: новизне, изобретательскому уровню, промышленной применимости.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к технике добычи нефти, и может быть использовано в нефтяной промышленности для поддержания стационарного режима работы скважины в процессе добычи нефти. Технический результат - расширение потребительских свойств, повышение надежности и эффективности эксплуатации скважины, увеличение срока эксплуатации оборудования. Способ включает измерение давления в скважине на приеме электронасоса, поддержание заданной величины давления в колонне труб осуществляют изменением буферного давления на устье скважины посредством автоматического изменения местного гидравлического сопротивления регулируемого дросселя пропорционально-интегрально-дифференцирующим (ПИД) регулятором на основании данных термоманометрической системы о давлении столба добываемой жидкости на приеме УЭЦН, при этом алгоритм ПИД-регулятора встроен в программное обеспечение станции управления установкой электроцентробежного насоса, регулируемый дроссель установлен после линейной задвижки устьевой фонтанной арматуры, а погружной блок термоманометрической системы выполнен моноблочно с УЭЦН. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ эксплуатации скважины электронасосом, включающий измерение давления в скважине на приеме электронасоса и поддержание заданной величины давления в колонне труб, отличающийся тем, что в качестве электронасоса используют установку электроцентробежного насоса (УЭЦН), поддержание заданной величины давления в колонне труб осуществляют изменением буферного давления на устье скважины посредством автоматического изменения местного гидравлического сопротивления регулируемого дросселя пропорционально-интегрально-дифференцирующим (ПИД) регулятором на основании данных термоманометрической системы о давлении столба добываемой жидкости на приеме УЭЦН, при этом алгоритм ПИД-регулятора встроен в программное обеспечение станции управления установкой электроцентробежного насоса, регулируемый дроссель установлен после линейной задвижки устьевой фонтанной арматуры, а погружной блок термоманометрической системы выполнен моноблочно с УЭЦН.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулируемый дроссель выполнен с запорно-регулирующим элементом игольчатого типа.