Установка для водогазового воздействия на пласт Российский патент 2021 года по МПК E21B43/20 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при водогазовом воздействии для повышения нефтеотдачи пластов с одновременной утилизацией попутно добываемого газа.

Известен способ промысловой подготовки газообразного рабочего агента (патент RU №1464546, МПК Е21В 43/00, опубл. 30.11.1994 Бюл. № 33), включающий очистку газообразного рабочего агента от коррозионно-активных компонентов с последующим компримированием его и подачей потребителю, причем, с целью повышения эффективности способа за счет упрощения технологии подготовки газообразного рабочего агента с понижением энергоемкости процесса при одновременном предотвращении загрязнения окружающей среды, очистку газообразного рабочего агента производят путем смешения его с жидкостью для закачки в пласт с последующей подачей образовавшейся газожидкостной смеси в нагнетательную скважину, после чего на забое скважины газожидкостную смесь разделяют на жидкость для закачки в пласт и газ для отбора на устье скважины.

Данной способ реализуется установкой для приготовления водогазового агента для закачки в скважину, смеситель эжекторного типа с входными линиями подачи жидкости из системы поддержания пластового давления и подачи газа от компрессорной станции, на которую подают выхлопные газы от двигатель внутреннего сгорания, газотурбинной установки, газ из системы сбора попутного газа на месторождении и т.п., погружной сепаратор, через который подают водогазовую смесь со смесителя в скважину для разделения на воду для закачки в пласт и газ для отбора из затрубья скважины через регулятор давления.

Недостатком данного способа являются сложность реализации из-за необходимости закачки ворогазовой смеси на глубину, непродуктивные и нерациональные затраты энергии, так как закаченный в скважину газ полностью отбирается из затрубья, и необходимость утилизации отобранного газа, при этом засорённая твердыми веществами, содержащимися в газе, вода будет несанкционированное кольматировать продуктивный пласт.

Известна также установка для водогазового воздействия на нефтяной пласт (патент RU №2500883, МПК Е21В 43/16, опубл. 10.12.2013 Бюл. № 34), включающая центробежный насос для перекачки рабочей жидкости без газа, приемные линии для газа и жидкости, две емкости со всасывающими и нагнетательными клапанами, расположенными в верхней части, линиями отбора и нагнетания жидкости, расположенными в нижних частях и сообщенными с выкидом и приемом насоса через симметрично расположенные высоконапорные и низконапорные краны, причем, с целью повышения эффективности нагнетания газожидкостной смеси путем увеличения давления газа на входе в емкости установки, на входной линии для воды параллельно основному центробежному насосу размещен дополнительный насос, напорная сторона которого сообщена с рабочим соплом жидкостно-газового эжектора, приемная камера которого соединена с газовой линией, а выкид - с верхними частями емкостей, на линии входа жидкости в эжектор последовательно расположены регулирующий клапан и дроссель, причем запорный орган регулирующего клапана гидравлически сообщен с выкидом эжектора и входом в дроссель.

Недостатками данной установки является неравномерность получаемой водогазовой смеси из-за первоначальной закачки полученной смеси в емкости до их заполнения, что приводит к гравитационному разделению смеси на газ и воду и резкому снижению эффективности водогазового воздействия на пласт.

Наиболее близким является система для водогазового воздействия на пласт (патент RU №2315859, МПК Е21В 43/20, опубл. 27.01.2008 Бюл. №3), содержащая силовой насос, дожимной многоступенчатый лопастной насос, емкость с пенообразующими ПАВ, дозировочный насос, а также линию подачи воды, линию подачи газа, линию подачи ПАВ и линию закачки водогазовой смеси в нагнетательную скважину, причем на линии подачи газа установлен нагнетатель газа, причем дожимной насос снабжен расположенным на входе динамическим диспергатором водогазовой смеси, при этом перед динамическим диспергатором установлен смеситель воды и газа для предварительного формирования структуры смеси, причем между входом в динамический диспергатор и выходом дожимного насоса установлена первая перепускная линия, при этом система снабжена второй перепускной линией, соединяющей линию подачи воды и первую перепускную линию, а также третьей перепускной линией, соединяющей линию подачи газа и первую перепускную линию, причем на первой, второй и третьей перепускных линиях установлены задвижки.

Недостатками данной системы являются низкая надежность из-за быстрого выхода из строя шнека динамического диспергатора под действием кавитации в газированной жидкости, высокие материальные и энергетические затраты на частотно регулируемый привод дожимного насоса и необходимость переключения для поочередной закачки газа и воды в пласт, что также снижает эффективность водогазового воздействия, так как газ без жидкости склонен создавать газовые пробки в пласте, затрудняющие закачку жидкости.

Все установки также не учитывают изменения температуры и давления окружающей среды, влияющих на изменение объема газа за счёт изменения коэффициента сверхсжимаемости, и, как следствие, изменяющие соотношение воды и газа в водогазовой смеси, что ухудшает эффективность воздействия этой смеси на продуктивный пласт.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание установки для водонефтяного воздействия на пласт, позволяющей повысить надежность и долговечность установки за счет смешения и деспергирования водогазовой смеси в эжекторном насосе и увеличить эффективность воздействия на пласт за счет поддержания наиболее эффективного соотношения газа в водогазовой смеси в зависимости от давления и температуры газа.

Техническая задача решается установкой для водогазового воздействия на пласт, включающей силовой насос на линии подачи воды, нагнетатель газа на линии подачи газа для подачи соответственно воды и газа на смеситель и динамический диспергатор, дожимной насос для подачи водогазовой смеси из динамического диспергатора в нагнетательную скважину для закачки в пласт, емкость с дозировочным насосом и перепускная линия, соединенная с линией подачи газа

Новым является то, что линия подачи газа изготовлена в виде сборного газопровода попутно добываемого газа из добывающих скважин и снабжена последовательно манометром и расходомером с термодатчиком, выполненных с возможностью передачи информации на блок управления, добывающие скважины выполнены с возможностью сбора продукции с общий нефтепровод, емкость предназначена для сбора газа из дополнительного газопровода и компенсации недостающего объема газа при помощи дозировочного насоса, подающего газ по газоотводу перед манометром и управляемого блоком управления, исходя из показаний давления и температуры, снимаемых с манометра и расходомера, поддерживающего оптимальный объем газа для подачи в смеситель, определяемых технологическими показателями для получения водонефтянной смеси с оптимальным содержанием газа, при этом смеситель и динамический диспергатор выполнены в одном корпусе в виде эжекторного насоса, оснащенного входными расходомером и манометром и выходным манометром для передачи информации на блок управления, регулирующего подачу газа, а перепускная линия соединена с линией подачи газа между манометром и расходомером и общим нефтепроводом.

Новым является также то, что линия подачи газа до соединения с гадоотводом и гадоотвод снабжены обратными клапанами для исключения взаимного влияния при перепаде давлений между ними.

Новым является также то, что перепускная линия снабжена стравливающим насосом, управляемым блоком управления, для поддержания на выходе давления большего, чем давление в общем нефтепроводе.

На чертеже изображена схема установки.

Перед началом настройки установки по технологическим показателям (свойствам) пласта определяют какое должно быть оптимальное объемное количество газа в водогазовой смеси, закачиваемых в пласт (не показан). Установка для водогазового воздействия на пласт включает силовой насос 1 на линии подачи воды 2, нагнетатель 3 газа на линии подачи газа 4 для подачи соответственно воды и газа на смеситель и динамический диспергатор, которые изготовлены в одном корпусе в виде эжекторного насоса 5, дожимной насос 6 для подачи водогазовой смеси из эжекторного насоса 5 в нагнетательную скважину 7 для закачки в пласт, емкость 8 с дозировочным насосом 9 и перепускная линия 10, соединенная с линией подачи газа 4 и общим нефтепроводом 11. Линия подачи газа 4 изготовлена в виде сборного газопровода попутно добываемого газа из добывающих скважин 12 и снабжена последовательно манометром 13 и расходомером 14 с термодатчиком (не показан), выполненных с возможностью передачи информации на блок управления 15. Добывающие скважины 12 выполнены с возможностью сбора продукции с общий нефтепровод 11. Ёмкость 8 предназначена для сбора газа из дополнительного газопровода (показан условно) и компенсации недостающего объема газа при помощи дозировочного насоса 9, подающего газ по газоотводу 16 перед манометром 13 и управляемого блоком управления 15, исходя из показаний давления и температуры, снимаемых с манометра 13 и расходомера 14, и поддерживающего оптимальный объем газа для подачи в эжекторный насос 5. Эжекторный насос 5 оснащен входными расходомером 17 и манометром 18 и выходным манометром 19 для передачи информации на блок управления 16, регулирующего подачу газа дозировочным насосом 9.

Так как нагнетатель 3 и дозировочный насос 9 в процессе эксплуатации могут работать не одновременно и с разными показателями производительности и давления на выходе, то линию подачи газа 4 до соединения с гадоотводом 16 и гадоотвод 16 рекомендуется снабдить соответственно обратными клапанами 20 и 21 для исключения взаимного влияния при перепаде давлений между ними.

При высоком давлении в общем нефтепроводе 11 для обеспечения перекачки газа по перепускной линии 10, ее необходимо оснастить стравливающим насосом 22, управляемым блоком управления 15, для поддержания на его выходе давления большего, чем давление в общем нефтепроводе 11.

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на понимание работы установки, на чертеже не показаны или показаны условно.

Установка работает следующим образом.

Исходя из исследований продуктивного пласта (терригенный или карбонатный, интервал залегания, пористость, приемистость, пластовое давление, преобладающее направление трещин, температура пласта и/или т.п.), вскрытый нагнетательной скважиной 7, определяют необходимый объем водогазового состава и оптимальное количество газа в нем для закачки в пласт через нагнетательную скважину 7. На технологию водогазового воздействия и способы подбора оптимального соотношения объема газа к объему воды автор не претендует. Исходя из этих показателей подбирают по производительности и создаваемому выходному давлению силовой насос 1, динамический диспергатор со смесителем - эжекторный насос 5 и дожимной насос 6, которые устанавливают на линии подачи воды 2. Исходя из этих же показателей и максимального суммарного объема, выделяемого из добывающих скважин 12, по производительности и создаваемому выходному давлению подбирают нагнетатель 3, который устанавливают на линии подачи газа 4. Для поддержания постоянного оптимального объема газа, подаваемого в эжекторный насос 5, исходя из возможных максимальных показателей (давления и объема) выбирают емкость 8 и дозировочный насос 9, устанавливаемый на газоотвод 16 и управляемый блоком управления 15. Состав газа, закачиваемого по дополнительному газопроводу, может быть любой допустимый для закачки в пласт (например, углерод, углеводород, атмосферный газ или т.п.). В случаях больших перепадов в объеме газа, поступающего из добывающих скважин 12, на линии подачи газа 4 и газоотводе 16 устанавливают обратные клапаны 20 и 21 соответственно для исключения взаимного влияния при перепаде давлений между линией подачи газа 4 и газоотводом 16 в узле соединения (показан условно). Для контроля за объемом подаваемой воды на линии подачи воды 4 устанавливают расходомер 17, а для контроля за рабочими показателями эжекторного насоса 5 - входной 18 и выходной 19 манометры. Для контроля за объемом и давлением на входе в эжекторный насос 5 газа линия подачи газа 4 после узла соединения с газоотводом 16 оснащается последовательно манометром 13 и расходомером 14 с термодатчиком. Вся информация с манометров 13, 18 и 19, расходомеров 14 и 17 и термодатчика направляется в блок управления 15, в который предварительно заложена информация об оптимальном соотношении воды и газа в водогазовой смеси, подаваемой в нагнетательную скважину 7. Линия подачи воды 2 не снабжена термодатчиками, так как объемное расширение или сжатие воды незначительно меняется при изменении температуры (пределах погрешности работы установки), в отличии от газа. Для сброса излишков газа используется перепускная линия 10, соединяющая линию подачи газа 4 между манометром и расходомером 14 и общий нефтепровод 11, например, при помощи управляемой задвижки или клапана, установленных в узле соединения 23 и регулируемых блоком управления 15. При давлении в общем нефтепроводе 11 большем, чем в узле соединения 23, перепускную линию оснащают стравливающим насосом 22, функционально соединённым с блоком управления 15, для поддержания на его выходе давления большего, чем давление в общем нефтепроводе 11.

После установки и настройки установки для водогазового воздействия на пласт запускают в работу силовой насос 1 для перекачки необходимо объема воды по линии подачи воды 2 через эжекторный насос 5. Из добывающих скважин 12 добытую из пласта нефть направляют в общий нефтепровод 11, а выделившийся газ нагнетателем 3 перекачивают по линии подачи газа 4 на вход эжекторного насоса 5. Информация с манометров 13, 18 и 19, расходомеров 14 и 17 и термодатчика направляется в блок управления 15, В случаях снижения объема газа ниже оптимального в линии подачи газа 4, определяемого расходомером 14, в нее из емкости 8 дозировочным насосом 9 по газоотводу 16 добавляют необходимый объем газа, определяемым блоком управления 15. Приготовленная в эжекторным насосом 5 водогазовая смесь дожимным насосом 6 закачивается в нагнетательную скважину 7. При несанкционированном росте давления, определяемого манометром 13, и/или температуры, определяемым термодатчиком расходомера 14, что показывает о наличии излишков газа в линии подачи газа 4, которые сбрасываются по перепускной линии 10 из узла 23 в общий нефтепровод 11 при открытии задвижки или клапана и запуска стравливающего насоса 22 (при наличии) под управлением блока управления 15. При изменении параметров работы эжекторного насоса 5, определяемых изменением показаний входного 18 и выходного 19 манометров и/или объема закачки воды по расходомеру 17, блок управления 15 изменяет суммарный объем газа, подаваемого нагнетателем 3 и дозировочным насосом 9, для получения оптимального соотношения воды и газа в водогазовой смеси. В результате в нагнетательную скважину при работе установки подается водогазовая смесь с оптимальным соотношением воды и газа независимо от изменений давления и/или температуры, что позволило повысить эффективность вытеснения нефти на 11-18%, по сравнению с наиболее близким аналогом. А отсутствие внутри эжекторнго насоса 5 механических элементов, подвергающихся воздействию кавитации, увеличило надежность установки и, как следствие, увеличить межремонтный период и срок работы более чем в 2,5 раза, по сравнению с наиболее близким аналогом.

Предлагаемая установка для водонефтяного воздействия на пласт позволяет повысить надежность и долговечность установки за счет смешения и деспергирования водогазовой смеси в эжекторном насосе и увеличить эффективность воздействия на пласт за счет поддержания наиболее эффективного соотношения газа в водогазовой смеси в зависимости от давления и температуры газа.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при водогазовом воздействии для повышения нефтеотдачи пластов с одновременной утилизацией попутно добываемого газа. Установка включает силовой насос на линии подачи воды, нагнетатель газа на линии подачи газа для подачи соответственно воды и газа на смеситель и динамический диспергатор, дожимной насос для подачи водогазовой смеси из динамического диспергатора в нагнетательную скважину для закачки в пласт, емкость с дозировочным насосом и перепускная линия, соединенная с линией подачи газа. Линия подачи газа изготовлена в виде сборного газопровода попутно добываемого газа из добывающих скважин и снабжена последовательно манометром и расходомером с термодатчиком, выполненными с возможностью передачи информации на блок управления. Добывающие скважины выполнены с возможностью сбора продукции с общий нефтепровод. Ёмкость предназначена для сбора газа из дополнительного газопровода и компенсации недостающего объема газа при помощи дозировочного насоса, подающего газ по газоотводу перед манометром и управляемого блоком управления, исходя из показаний давления и температуры, снимаемых с манометра и расходомера, поддерживающего оптимальный объем газа для подачи в смеситель, определяемых технологическими показателями для получения водонефтянной смеси с оптимальным содержанием газа. Смеситель и динамический диспергатор выполнены в одном корпусе в виде эжекторного насоса, оснащенного входными расходомером и манометром, а также выходным манометром для передачи информации на блок управления, регулирующего подачу газа. Перепускная линия соединена с линией подачи газа между манометром и расходомером и общим нефтепроводом. Предлагаемая установка для водонефтяного воздействия на пласт позволяет повысить надежность и долговечность установки за счет смешения и диспергирования водогазовой смеси в эжекторном насосе и увеличить эффективность воздействия на пласт за счет поддержания наиболее эффективного соотношения газа в водогазовой смеси в зависимости от давления и температуры газа. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для водогазового воздействия на пласт, включающая силовой насос на линии подачи воды, нагнетатель газа на линии подачи газа для подачи соответственно воды и газа на смеситель и динамический диспергатор, дожимной насос для подачи водогазовой смеси из динамического диспергатора в нагнетательную скважину для закачки в пласт, емкость с дозировочным насосом и перепускную линию, соединенную с линией подачи газа, отличающаяся тем, что линия подачи газа изготовлена в виде сборного газопровода попутно добываемого газа из добывающих скважин и снабжена последовательно манометром и расходомером с термодатчиком, выполненными с возможностью передачи информации на блок управления, добывающие скважины выполнены с возможностью сбора продукции в общий нефтепровод, емкость предназначена для сбора газа из дополнительного газопровода и компенсации недостающего объема газа при помощи дозировочного насоса, подающего газ по газоотводу перед манометром и управляемого блоком управления, исходя из показаний давления и температуры, снимаемых с манометра и расходомера, поддерживающего оптимальный объем газа для подачи в смеситель, определяемых технологическими показателями для получения водонефтяной смеси с оптимальным содержанием газа, при этом смеситель и динамический диспергатор выполнены в одном корпусе в виде эжекторного насоса, оснащенного входными расходомером и манометром и выходным манометром для передачи информации на блок управления, регулирующего подачу газа, а перепускная линия соединена с линией подачи газа между манометром и расходомером и общим нефтепроводом.

2. Установка для водогазового воздействия на пласт по п. 1, отличающаяся тем, что линия подачи газа до соединения с гадоотводом и гадоотвод снабжены обратными клапанами для исключения взаимного влияния при перепаде давлений между ними.

3. Установка для водогазового воздействия на пласт по одному из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что перепускная линия снабжена стравливающим насосом, управляемым блоком управления, для поддержания на выходе давления большего, чем давление в общем нефтепроводе.