Способ бескомпрессорного отбора затрубного газа на кустах нефтяных скважин Российский патент 2024 года по МПК E21B43/00 E21B43/12 

Предлагаемое изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности и может быть использовано для повышения дебетов нефтяных скважин.

Добыча нефти на месторождениях с высокими значениями давления в системах ее сбора, обусловленное большой протяженностью промысловых нефтепроводов или высокой вязкостью добываемой продукции, сопровождается повышением давления сепарированного газа в затрубном пространстве скважины. Рост давления газа в затрубном пространстве скважины, с одной стороны, снижает депрессию на пласт и приток из него нефти, с другой - приводит к срыву подачи скважинного насоса при существенном снижении динамического уровня жидкости в скважине.

В таких случаях необходимо применение компрессоров для отбора газа из затрубного пространства и закачки его в выкидной коллектор скважины.

Известен способ насосной добычи нефти с высоким газовым фактором (патент RU №2627797 С1. Заявл. 21.07.2016. Опубл. 11.08.2017. БИ №23), согласно которому на устье скважины устанавливают напорную емкость для нагнетания через него газа из затрубного пространства в выкидной коллектор скважины. Периодическое нагнетание газа осуществляется насосом, подающим рабочую жидкость в напорную емкость снизу. Затрубное пространство скважины соединяют с верхней частью напорной емкости и выкидным коллектором, расположенным на устье скважины. Нижнюю часть напорной емкости соединяют с насосом, приемную часть которого сообщают с питающей емкостью для рабочей жидкости. Откачку накапливающегося газа из затрубного пространства производят периодически с помощью этого насоса, включаемого для подачи рабочей жидкости в нагнетательную емкость с газом в цикле его закачки в выкидной коллектор, и отключаемого для слива рабочей жидкости из нагнетательной емкости в питающую в цикле поступления газа из затрубного пространства в нагнетательную емкость.

Недостаток способа состоит в существовании холостого цикла, в котором производится слив рабочей жидкости из емкости с остановкой насоса. Это влечет за собой потери объемов откачки газа и снижению надежности работы насоса из-за его постоянных переключений.

Известен способ периодического компримирования газа (патент RU №2642704 С1, Заявл. 10.01.2017. Опубл. 25.01.2018, БИ №3), включающий подачу насосом рабочей жидкости под давлением от питающей емкости в компрессионную камеру с одновременным вытеснением из ее верхней части газа в напорную линию через нагнетательный клапан и, по мере достижения уровнем рабочей жидкости в компрессионной камере максимального положения, переключение компрессионной камеры на слив рабочей жидкости с одновременным поступлением в нее компримируемого газа через всасывающий клапан и, по мере достижения уровнем рабочей жидкости минимального положения, циклы повторяются.

Способ имеет тот же недостаток, состоящий в существования холостого цикла компримирования газа, снижающий общий объем перекачиваемого газа.

Известен насос для перекачивания газожидкостной смеси (А.с. СССР, №1590687. Заявл. 04.10.88. Опубл. 07.09.90. БИ №33), включающий две емкости для попеременного перекачивания из них рабочей жидкости насосом. При снижении уровня «жидкого» поршня в одной из емкостей происходит всасывание в освободившийся ее объем газожидкостной смеси. В этот же период откачиваемая рабочая жидкость поступает в другую емкость и вытесняет собой ранее заполнившую газожидкостную смесь в выкидной коллектор. По достижению определенного уровня рабочей жидкости в емкости происходит переключение потоков и начинается перекачка рабочей жидкости в другую емкость, из которой также вытесняется газожидкостная смесь в выкидной коллектор. Сам перекачивающий насос работает, таким образом, в непрерывном режиме, постоянно перекачивая жидкость, не содержащую газовую фазу. Недостатком устройства является отсутствие автоматизации переключения насоса с одной емкости на другую и контроля за уровнями жидкостей в емкостях, что может привести к нарушению цикличности работы всей системы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, реализуемый в насосной установке для откачки газа из затрубного пространства нефтяной скважины (патент RU №2630490 С1. Заявл. 21.07.2016. Опубл. 11.09.2017. БИ №26). Насосная установка включает две компрессионные емкости с подводящими к ним газовыми линиями, соединенными с затрубным пространством скважины, и отводящими газовыми линиями, соединенными с выкидным коллектором скважины. Всасывающие и нагнетательные клапаны установлены соответственно на подводящих и отводящих газовых линиях. Имеются насос для перекачки рабочей жидкости и линии для входа и выхода жидкости в нижних частях обеих емкостей. Каждая из линий сообщена с приемной и напорной сторонами перекачивающего насоса. Между насосом и емкостями расположен переключатель потоков жидкости. Откачка газа осуществляется попеременной закачкой рабочей жидкости насосом в нижние части компрессионных емкостей и вытеснением из них газа в выкидной коллектор скважины.

Недостаток такого решения состоит в быстром выносе из компрессионной емкости в напорную линию рабочей жидкости, залитой в небольшом объеме в надмембранное пространство емкости. Эта жидкость постепенно будет смешиваться с тяжелыми фракциями жидких углеводородов, присутствующих в сыром газе затрубного пространства скважины. Далее происходят конденсация тяжелых фракций углеводородов на внутренней поверхности компрессионных емкостей в виде твердых отложений и потери объемов компримирования газа.

Технической задачей предлагаемого способа является обеспечение отбора затрубного газа и вытеснения его в выкидной коллектор куста скважин из компрессионных емкостей без применения метода закачки в них рабочей жидкости.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном способе, включающем попеременное поступление газа из затрубного пространства скважин в верхние части двух компрессионных емкостей со всасывающими и нагнетательными клапанами, попеременное вытеснение из них в выкидной коллектор газа жидкостью после полного заполнения их объемов газом, отличающийся тем, что вытеснение поступившего из затрубного пространства скважин в компрессионные емкости газа производят накапливающейся в емкостях расслоившейся водной фазой в циклах поступления продукции пласта в эти емкости до достижения уровнем воды в них верхних положений, а поступление газа в компрессионные емкости осуществляют путем сброса воды из этих емкостей и ее перекачкой наземным насосом в систему подготовки воды для закачки в продуктивные пласты или выкидной коллектор скважины, причем по достижению уровней раздела фаз «газ - вода» в емкостях их крайних нижних положений производят переключение емкостей, а подачу наземного насоса выбирают с таким расчетом, чтобы периоды сброса воды из емкостей не превышали периодов полного накопления расслаивающейся воды в емкостях.

На чертеже представлена схема осуществления способа. Схема включает две компрессионные емкости 1 и 2 с подводящими линиями 3 и 4 для поступления водонефтегазовой продукции куста скважин в их верхние части через трехходовой кран 5, установленный на линии 6 с задвижкой 7 поступления продукции куста скважин. Нижние части этих емкостей для отвода попутной воды линиями 8 и 9 соединены с трехходовым краном 10, наземным насосом 11 и выкидным коллектором для сбрасываемой воды 12 через задвижку 13.

Затрубные пространства куста скважин через задвижку 14 соединены с газовой линией 15, которая через всасывающие клапаны 16 и 17 сообщена с верхними частями соответственно емкостей 1 и 2. Верхние части компрессионных емкостей сообщены с выкидным коллектором продукции скважин 18 через нагнетательные клапаны 19 и 20. В нижних частях емкостей 1 и 2 установлены датчики 21 и 22 межфазного уровня «газ-вода», подающие сигналы контроллеру (на чертеже не показан) на переключение кранов 5 и 10. Линии 12 и 18 соединены также между собой через задвижку 23. В нижних частях емкостей 1 и 2 размещены дренажные краны для удаления накопившихся твердых частиц (на чертеже не показаны).

Способ осуществляется следующим образом.

Принцип отбора затрубного газа из куста нефтяных состоит в поочередном заполнении двух компрессионных емкостей 1 и 2 продукцией скважин переключением потоков с помощью двух трехходовых кранов 5 и 10, работающих в противофазе по отношению друг к другу.

В период поступления продукции скважин в одну емкость (на чертеже, в качестве примера, показана емкость 1), в последней одновременно происходит расслоение неустойчивой водонефтяной смеси и накопление водной фазы добываемой продукции в нижней части емкости 1 с образованием уровня раздела фаз «нефть и вода». По мере накопления воды и подъема этого уровня в емкости оставшаяся часть продукции (свободный газ, нефть с остаточным содержанием эмульгированной воды) будет отводиться под давлением скважинных насосов куста (на чертеже не показаны) в выкидной коллектор 18 через нагнетательный клапан 19.

В этот же период накопившаяся в предыдущем цикле вода из емкости 2 будет поступать по линии 9 через трехходовой кран 10 на прием наземного насоса 11 и откачиваться в выкидной коллектор 18 через задвижку 23 или в коллектор 12.

Отбор воды из нижней емкости 2 будет сопровождаться разряжением давления в ней благодаря закрытию нагнетательного клапана 20 и поступлением в нее газа из затрубного пространства скважин через всасывающий клапан 17. При достижении уровня раздела фаз «нефть - вода» нижнего положения в емкости 2 и срабатывании датчика уровня раздела фаз 22 контроллер переключит краны 5 и 10 и продукция скважин начнет поступать в емкость 2.

Подача наземного насоса 11 выбирается или регулируется таким образом, что при подходе уровня раздела фаз «газ - вода» в емкости 2 к датчику уровня 22 уровень раздела фаз «нефть - вода» в емкости 1 уже заблаговременно достигнет верхнего положения и накапливающаяся свободная вода начнет поступать в коллектор 18 через клапан 19 вместе с добываемой продукцией. Это производится для максимального заполнения емкости 1 свободной водой и достижения наибольшего объема заполнения ее газом из затрубного пространства скважин в следующем цикле.

После переключения кранов 5 и 10 начнется заполнение емкости 2 продукцией скважин и отбор воды из емкости 1 наземным насосом 11. Вода из емкости 1 будет отбираться до достижения уровнем раздела «газ - вода» в ней крайнего нижнего положения и срабатывания датчика уровня 21. В этот момент накопившаяся вода из емкости 2 уже начнет поступать в коллектор 18 через клапан 20 вместе с добываемой продукцией куста скважин.

Таким образом, для устойчивой работы всей гидравлической системы необходимо, чтобы подача наземного насоса 11 в каждом цикле не превышала наименьшего периода полного накопления воды в емкостях 1 или 2. Перелив воды через нагнетательные клапаны 19 и 20 необходим для сведения «мертвого» пространства в компрессионных емкостях 1 и 2 к минимуму для достижения в них наибольшей степени сжатия газа.

Наличие датчиков уровня фаз «газ - вода» 21 и 22 предупреждает поступление газа на прием насоса 11 и срыв его работы.

Улучшение расслоения водной фазы продукции пласта в емкостях 1 и 2 может достигаться подачей деэмульгатора на прием насосов скважин с наиболее стойкой водонефтяной эмульсией.

Сбрасываемая вода может направляться в систему подготовки воды для закачки в нагнетательные скважины по линии 12 через задвижку 13. В противном случае вода направляется в систему сбора нефти путем закрытия задвижки 13 и открытия задвижки 23.

Способ отбора затрубного газа и нагнетания его в коллектор является бескомпрессорным благодаря созданию разряжения в емкостях 1 и 2 сбросом накопленной попутной воды из них с последующим вытеснением газа в коллектор продукцией скважин, поступающей в емкости под давлением скважинных насосов.

Технико-экономическим преимуществом предложенного способа является обеспечение отбора затрубного газа и вытеснения его в выкидной коллектор скважины из компрессионных емкостей без применения метода закачки в них рабочей жидкости

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности. Способ бескомпрессорного отбора затрубного газа на кустах нефтяных скважин включает попеременное поступление газа из затрубного пространства скважин в верхние части двух компрессионных емкостей со всасывающими и нагнетательными клапанами, последующее вытеснение из них поступившего газа в выкидной коллектор скважины жидкостью после полного заполнения их объемов газом. При этом вытеснение поступившего из затрубного пространства скважин в компрессионные емкости газа производят накапливающейся в емкостях расслоившейся водной фазой в циклах поступления продукции пласта в эти емкости до достижения уровнем воды в них верхних положений. Поступление газа в компрессионные емкости осуществляют путем сброса воды из этих емкостей и ее перекачкой наземным насосом в систему подготовки воды для закачки в продуктивные пласты или выкидной коллектор скважины. Причем по достижению уровней раздела фаз «газ-вода» в емкостях их крайних нижних положений производят переключение емкостей. Подачу наземного насоса выбирают с таким расчетом, чтобы периоды сброса воды из емкостей не превышали периодов полного накопления расслаивающейся воды в емкостях. Обеспечивается отбор затрубного газа и вытеснение его в выкидной коллектор куста скважин из компрессионных емкостей без применения метода закачки в них рабочей жидкости. 1 ил.

Способ бескомпрессорного отбора затрубного газа на кустах нефтяных скважин, включающий попеременное поступление газа из затрубного пространства скважин в верхние части двух компрессионных емкостей со всасывающими и нагнетательными клапанами, последующее вытеснение из них поступившего газа в выкидной коллектор скважины жидкостью после полного заполнения их объемов газом, отличающийся тем, что вытеснение поступившего из затрубного пространства скважин в компрессионные емкости газа производят накапливающейся в емкостях расслоившейся водной фазой в циклах поступления продукции пласта в эти емкости до достижения уровнем воды в них верхних положений, а поступление газа в компрессионные емкости осуществляют путем сброса воды из этих емкостей и ее перекачкой наземным насосом в систему подготовки воды для закачки в продуктивные пласты или выкидной коллектор скважины, причем по достижению уровней раздела фаз «газ-вода» в емкостях их крайних нижних положений производят переключение емкостей, а подачу наземного насоса выбирают с таким расчетом, чтобы периоды сброса воды из емкостей не превышали периодов полного накопления расслаивающейся воды в емкостях.