Способ добычи газа в обводняющейся газовой скважине путем периодического удаления пластовой воды с забоя в нижележащий водонасыщенный пласт Российский патент 2023 года по МПК E21B43/32 

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для устранения проблемы образования конуса подошвенной воды и, как следствие, самозадавливания газовых скважин.

Разработка газовых пластов малой толщины с активными подошвенными водами осложняется образованием конуса воды на ранних стадиях эксплуатации, быстрым прорывом пластовой воды в добывающую скважину и самозадавливанием скважины. Проблема самозадавливания скважины решается прекращением эксплуатации (консервацией скважины) либо продувкой скважины.

Известен способ безводной эксплуатации скважин [Патент РФ №2333348, 2008, МПК E21B43/00 E21B43/32], заключающийся в создании водоизоляционного экрана в пласте при эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин, оборудованных эксплуатационной и лифтовой колоннами, используя закачивание в пласт гидрофобизирующей композиции под давлением без глушения скважины.

К существенным недостаткам данного способа относятся дополнительные финансовые затраты на периодический спуск колтюбинга, вероятность потери газа, закачиваемого для поддержания давления в затрубном и кольцевом пространствах и влияние времени года на частоту использования.

Известны способ подъема неоднородной многофазной продукции из скважины и устройство для его осуществления [Патент RU 2683463, 2019, МПК E21B 43/00 F04F 5/54 F04D 15/00], заключающиеся в откачке продукции из пласта, частичной сепарации свободного газа от жидкости с последующим поступлением газожидкостной смеси в насос и нагнетанием ее в сопло струйного аппарата, откачке струйным аппаратом продукции скважины из затрубного пространства и с забоя в насосно-компрессорные трубы (НКТ) и подъеме продукции на поверхность.

К существенным недостаткам рассматриваемого способа относятся большие потери напора газожидкостной смеси на местных сопротивлениях (сужениях в обратном клапане, струйном аппарате и колонне НКТ), увеличение эксплуатационных затрат на утилизацию поднятой на поверхность воды, появление дополнительных энергетических затрат на подъем воды до устья скважины.

Известен способ добычи газа из обводняющегося газового пласта, заключающийся в откачке накопленной на забое воды из перфорационных отверстий газонасыщенной части пласта электроцентробежным насосом перевернутого типа (ЭЦН) и закачке откаченной воды в поглощающий водоносный пласт (ниже газового пласта) через перфорационные отверстия водоносного интервала. Для разобщения газоносного и водоносного пластов используется пакер, оснащенный устройством для подсоединения насоса, для предотвращения поступления воды в двигатель применяется обратный клапан (Эксплуатация обводняющихся газовых скважин. Технологические решения по удалению жидкости из скважины, Джеймс Ли, Генри Никенс, Майкл Уэллс, ООО «Премиум Инжиниринг», 2008, УДК 622.324 (035), ББК 33.361я2).

Существенным недостатком способа является ограниченные функциональные возможности, поскольку способ применим в скважинах, в которых наблюдается низкое содержание газа и значительная глубина поглощающего пласта относительно устья.

Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является способ добычи газа из обводняющего пласта [Патент RU 2729548, 2020, МПК E21B 43/00], включающий спуск в обводненную скважину колонны НКТ с монтированием двух пакеров напротив границ поглощающего пласта (между устьем и газонасыщенной частью скважины) для изоляции межтрубного пространства и управляемого клапана для гидравлического сообщения колонны НКТ с межтрубным пространством скважины напротив поглощающего пласта, спуск насосной установки перевернутого типа на грузонесущем кабеле на забой обводненной скважины, обвязку устья скважины газовой линией, закрытие газовой линии, включение насосной установки, открытие управляемого клапана, подъем пластовой воды по колонне НКТ в поглощающий пласт, закрытие управляемого клапана, отключение и подъём насосной установки перевернутого типа, открытие газовой линии и отбор газа из освободившегося от пластовой воды газового пласта.

К существенным недостаткам прототипа относятся материальные и временные затраты на спускоподъёмные операции при спуске и подъёме насосной установки перевернутого типа, отсутствие автоматизированной системы контроля.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа добычи газа в обводняющейся газовой скважине, обеспечивающего продление жизненного цикла скважины путем периодического удаления накопленной на забое воды и закачки в нижележащий водонасыщенный пласт с одновременным поддержанием пластового давления.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении эффективности добычи газа за счет удаления поступающей по перфорационным отверстиям в скважину пластовой воды путём закачивания её обратно в пласт при использовании компоновки с насосом перевёрнутого типа с установленным электрическим винтовым насосом (ЭВН), что позволит избежать самозадавливания скважины (падения пластового давление с дальнейшей остановкой скважины) и продлить жизненный цикл скважины.

Техническим результатом при использовании изобретения будет удаление поступающей по перфорационным отверстиям в скважину пластовой воды путём закачивания её обратно в пласт за счет использования компоновки с насосом перевёрнутого типа с установленным электрическим винтовым насосом (ЭВН), что позволит избежать самозадавливания скважины (падения пластового давление с дальнейшей остановкой скважины) и продлить жизненный цикл скважины.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что способ добычи газа в обводняющейся газовой скважине путем периодического удаления пластовой воды с забоя в нижележащий водонасыщенный пласт включает бурение газодобывающей скважины, вскрытие газонасыщенной части пласта, вскрытие подстилающей водонасыщенной части пласта на 10-15 метров ниже уровня газоводяного контакта (ГВК), спуск эксплуатационной колонны на 10-15 метров ниже ГВК, перфорацию газонасыщенного интервала и перфорацию водонасыщенного интервала, которая проводится ниже ГВК на 10-15 метров, спуск НКТ, ниже которых подвешивается компоновка с насосом перевернутого типа с установленным электрическим винтовым насосом (ЭВН), ожидание набухания пакера, который располагается ниже ГВК на 5-10 метров, служащий для скопления поступившей в скважину воды и закачки ее обратно в водонасыщенную часть пласта, ожидание набухания пакера, который располагается выше ГВК на НКТ, служащий для предотвращения попадания воды за НКТ, освоение скважины через перфорационный отверстия газонасыщенного интервала и вывод скважины на режим эксплуатации, ожидание накопления определенного количества воды над пакером, который располагается ниже ГВК на 5-10 метров (Эмпирически выведено, что при данном расстоянии насос не будет работать в холостую), включение насоса при помощи автоматизированной системы управления, расположенной на устье газодобывающей скважины, откачка скопившейся пластовой воды с забоя и ее закачка в нижележащий водоносный пласт, отключение насоса после откачки и закачки определенного объема воды (включение и выключение насоса происходит периодически для увеличения срока эксплуатации ЭВН).

В предлагаемом способе добычи газа из обводняющихся газовых скважин приоритетно использовать электрический винтовой насос, так как он рассчитан на работу с достаточно большим содержанием газа 80–90%, а также устойчив к механическим примесям. В зависимости от анизотропии проницаемости пласта и дебита добываемой пластовой воды, согласно напорным характеристикам насосных агрегатов подбирается оптимальная подача и соответствующий ей ЭВН, который будет закачивать воду обратно в водонасыщенную часть.

Способ поясняется иллюстрационными материалами, где:

на фиг. 1 схематично показан газонасыщенный и водонасыщенный пласты, пробуренные скважиной, где цифрами обозначено: 1 – скважина; 2 – долото; 3 – газонасыщенный пласт; 4 – водонасыщенный пласт; 5 – эксплуатационная колонна; 6 – цементный раствор; 7 – перфорация газонасыщенного пласта; 8 – перфорация водонасыщенного пласта;

на фиг. 2 схематично показано внутрискважинное оборудование, которое необходимо для удаления воды с забоя скважины, где цифрами обозначено: 9 – колонна насосно-компрессорных труб; 10 – электрический кабель питания для клапана-отсекателя; 11 – клапан-отсекатель; 12 – кабель питания для электрического двигателя; 13 – фильтр для добычи газа; 14 – верхний модуль гидрозащиты электрического двигателя; 15 – электрический двигатель; 16 – нижний модуль гидрозащиты электрического двигателя; 17 – входной модуль для поступления воды; 18 – насос перевернутого типа; 19 – механический пакер; 20 – обратный клапан;

на фиг. 3 схематично показан процесс подтягивания конуса воды к перфорационным отверстиям и ее скопление в надпакерном пространстве, где цифрами обозначено: 7 – перфорация газонасыщенного пласта; 21 – конус подошвенной воды; 4 – водонасыщенный пласт; 8 – перфорация водонасыщенного пласта.

на фиг. 4 схематично показан процесс удаления воды с забоя скважины и закачки ее в водонасыщенный пласт, где цифрами обозначено: 22 – датчик абсолютного давления под клапаном-отсекателем; 23 – датчик абсолютного давления на входе в перевернутый насос; 24 – датчик абсолютного давления на выходе перевернутого насоса; 25 – станция управления, которая выполняет функции обеспечения технологического режима работы скважины, обеспечения технологических режимов работы ЭВН, обработки всей информации, которая поступает с датчиков абсолютного давления 22 и 23.

Способ реализуется следующим образом

В процессе бурения газодобывающей скважины 1 долотом 2 производят вскрытие газонасыщенной части 3 пласта, а также вскрытие подстилающей водонасыщенной части 4 пласта на 10 – 15 метров ниже газоводяного контакта (ГВК) (фиг. 1), так как при этом обеспечивается необходимый объем свободного пространства для скопления воды, а это 0,17 метров кубических. Эмпирически выведено, что при данном расстоянии между перфорацией для добычи газа и перфорацией для закачки воды будет копиться объем воды, при котором будет обеспечиваться наиболее эффективная работа по удалению воды.

Производят спуск эксплуатационной колонны 5 на весь интервал газонасыщенной 7 и водонасыщенной 8 части пласта.

Осуществляют закачку цементного раствора 6 за эксплуатационную колонну 5.

Производят перфорацию газонасыщенной 7 и водонасыщенной 8 частей пласта (фиг. 1).

На колонне насосно-компрессорных труб 9 спускают на забой скважины через эксплуатационную колонну компоновку, которая содержит расположенные последовательно сверху вниз следующие элементы компоновки, электрический клапан-отсекатель 11, который используется для перекрытия внутреннего пространства насосно-компрессорных труб и остановки скважины; датчик абсолютного давления под электрическим клапаном-отсекателем 22; фильтр для добычи газа 13 без выноса горной породы на поверхность; верхний модуль гидрозащиты 14 электрического двигателя; электрический двигатель 15; нижний модуль гидрозащиты 16; входной модуль 17 для поступления воды, который представляет из себя фильтр для предотвращения попадания большого количества механических примесей; датчик абсолютного давления 23 на входе перевернутого насоса; перевернутый винтовой насос 18 ,в качестве которого возможно применение электрического винтового насос; механический пакер 19, который устанавливается ниже ГВК на 5-10 метров и активируется осевым поворотом колонны насосно-компрессорных труб 9; датчик абсолютного давления 24 на выходе из перевернутого насоса и обратный клапан 20, который необходим для предотвращения обратного перетока закачиваемой воды в водонасыщенный пласт (фиг. 2).

Начинается эксплуатация скважины и последующее подтягивание конуса воды 21 к перфорационным отверстиям газонасыщенной 7 части пласта (фиг. 3).

После того как над механическим пакером 19, который служит для накопления воды, скопилось достаточное количество воды (объемы этой воды фиксируются с помощью перепада давления между двумя датчиками абсолютного давления, один 22 располагается под электрическим клапаном-отсекателем, другой 23 на входе в винтовой насос перевернутого типа, измеряя давления в соответствующих точках), система автоматического контроля включает электрический двигатель 15 и перевернутый винтовой насос 18, во входной модуль 17 начинает поступать вся скопившаяся вода, которая винтовым насосом перевернутого типа 18 закачивается обратно в водонасыщенную часть пласта 4, которая находится ниже ГВК на 10-15 метров. Помимо этого, газ поступает в фильтр 13, тем самым добыча газа не прекращается (фиг. 3). Система автоматического контроля построена на следующем принципе работы – датчики абсолютного давления 22 и 23 измеряют непрерывно значения давления и преобразуют получаемое значение в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, далее сигнал передается на станцию управления 25, а затем на контроллер, где высчитывается разница показаний двух датчиков абсолютного давления 22 и 23. Далее в контроллере анализируются данные и принимается решение о включении/выключении ЭВН. Включение/выключение ЭВН производится периодически. Если ЭВН будет эксплуатироваться постоянно, то будут возникать моменты холостой работы без воды. Из-за этого ЭВН может сгореть. А датчик абсолютного давления 24 измеряет давление в подпакерном пространстве, где происходит закачка воды в водонасыщенный пласт.

Далее электродвигатель 15 отключают, так как вся вода удалена обратно в водонасыщенную часть пласта 4 и продолжается добыча газа до того момента, когда над механическим пакером 19 снова накопится определенное количество воды (фиг. 4).

Таким образом, заявленный способ удаления воды с забоя газовой скважин, за счет использования компоновки с винтовым насосом перевернутого типа, периодического включения/выключения электрического двигателя, позволяет эффективно удалять воду с забоя скважины посредством закачки ее в водонасыщенный пласт.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для устранения проблемы образования конуса подошвенной воды и, как следствие, самозадавливания газовых скважин. Согласно способу производят периодическое удаление скопившейся на забое воды производится в нижележащий водонасыщенный пласт с одновременным поддержанием пластового давления, вскрытие подстилающей водонасыщенной части пласта на 10-15 метров ниже уровня газоводяного контакта (ГВК). Спуск насосно-компрессорных труб, ниже которых подвешиваются компоновка с установленным электрическим винтовым насосом перевернутого типа, механическим пакером ниже входного модуля для воды, электрическим клапаном-отсекателем, фильтром для поступления газа, входным модулем для поступления воды, обратным клапаном для предотвращения потока жидкости обратно в скважину, системой автоматического контроля, датчиком абсолютного давления под электрическим клапаном-отсекателем, датчиком абсолютного давления на входе в винтовой насос перевернутого типа, датчиком абсолютного давления на выходе из винтового насоса перевернутого типа. Активацию механического пакера поворотом насосно-компрессорных труб, освоение скважины и вывод скважины на режим эксплуатации, ожидание накопления достаточного количества воды над механическим пакером, автоматическую обработку на станции управления показаний датчиков абсолютного давления, установленных под электрическим клапаном-отсекателем и на входе в винтовой насос перевернутого типа, разница между которыми является параметром по регулированию работы насоса и равна объему воды, скопившейся над механическим пакером, получают выходной сигнал от датчиков абсолютного давления, измеряющих объем воды по перепаду давления, и передают указанный сигнал на контроллер, который анализирует полученные данные и принимает решение о включении или выключении винтового насоса перевернутого типа. Производят откачку накопленной пластовой воды с забоя и ее последующую закачку в нижележащий водоносный пласт. Отключение винтового насоса перевернутого типа после откачки и закачку определенного по перепаду давления между датчиками абсолютного давления под электрическим клапаном-отсекателем и на входе в винтовой насос перевернутого типа объема воды, обеспечивающего продление жизненного цикла скважины путем периодического удаления накопленной на забое воды и закачки в нижележащий водонасыщенный пласт с одновременным поддержанием пластового давления. 4 ил.

Способ добычи газа в обводняющейся газовой скважине путем периодического удаления пластовой воды с забоя в нижележащий водонасыщенный пласт, отличающийся тем, что периодическое удаление скопившейся на забое воды производится в нижележащий водонасыщенный пласт с одновременным поддержанием пластового давления и включает в себя вскрытие подстилающей водонасыщенной части пласта на 10-15 метров ниже уровня газоводяного контакта (ГВК), спуск эксплуатационной колонны на весь интервал газонасыщенной и водонасыщенной частей пласта, перфорацию водонасыщенной части пласта, спуск насосно-компрессорных труб, ниже которых подвешивается компоновка с установленным электрическим винтовым насосом перевернутого типа, механическим пакером ниже входного модуля для воды, электрическим клапаном-отсекателем, предназначенным для перекрытия внутреннего пространства насосно-компрессорных труб и остановки скважины, фильтром для поступления газа, входным модулем для поступления воды, обратным клапаном для предотвращения потока жидкости обратно в скважину, системой автоматического контроля, датчиком абсолютного давления под электрическим клапаном-отсекателем, датчиком абсолютного давления на входе в винтовой насос перевернутого типа, датчиком абсолютного давления на выходе из винтового насоса перевернутого типа, активацию механического пакера поворотом насосно-компрессорных труб, который располагается ниже ГВК на 5-10 метров, служащего для скопления поступившей в скважину воды и закачки ее обратно в водонасыщенную часть пласта, освоение скважины через перфорационные отверстия газонасыщенного интервала и вывод скважины на режим эксплуатации, ожидание накопления достаточного количества воды над механическим пакером, автоматическую обработку на станции управления, устанавливаемой на поверхности для регулирования работы скважины, показаний датчиков абсолютного давления, установленных под электрическим клапаном-отсекателем и на входе в винтовой насос перевернутого типа, разница между которыми является параметром по регулированию работы винтового насоса перевернутого типа и равна объему воды, скопившейся над механическим пакером, получают выходной сигнал от датчиков абсолютного давления, измеряющих объем воды по перепаду давления, и передают указанный сигнал на контроллер, который анализирует полученные данные и принимает решение о включении или выключении винтового насоса перевернутого типа, производят откачку накопленной пластовой воды с забоя и ее последующую закачку в нижележащий водоносный пласт, отключение винтового насоса перевернутого типа после откачки и закачку определенного по перепаду давления между датчиками абсолютного давления под электрическим клапаном-отсекателем и на входе в винтовой насос перевернутого типа объема воды, включение и выключение винтового насоса перевернутого типа происходит периодически для увеличения срока эксплуатации винтового насоса перевернутого типа.