СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДОБЫЧЕЙ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ ИЗ МНОГОПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
SYSTEM OF COTROL OVER EXTRACTING HYDRO-CARBON RAW MATERIALS FROM MULTI-PAY FIELDS

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для управления добычей углеводородного сырья.
Известны системы управления добычей углеводородного сырья (УВС) на основе периодических скважинных измерений кабельными и автономными приборами. [Осадчий В.М. Состояние и перспективы геофизических (ГИС) и гидродинамических (ГДИ) исследований механизированных скважин, оборудованных штанговыми (ШГН) и электроцентробежными (ЭЦН) насосами, газлифтом в России/ «Каротажник» №10-11, Тверь 2004 г. и пат. US 2005/0217350 А1]. Выработка управляющих воздействий в таких системах осуществляется на основе выборочных дискретных измерений, не чаще нескольких раз в год. В ходе этих измерений, оценивают состояние продуктивного пласта (пластов) и добывающей скважины путем гидродинамических и геофизических исследований. По результатам этих исследований изменяют параметры и составляющие техпроцесса добычи. Недостатком этой системы является низкая оперативность, отсутствие возможностей для оптимизации управляющих воздействий из-за дискретности информационной обратной связи и существенного запаздывания в случае использования автономных приборов. Кроме того, отсутствие предпосылок для применения скважинных средств управления существенно ограничивает эффективность техпроцесса добычи УВС, особенно при разработке многопластовых месторождений.
Также известны случаи отдельного применения систем управления [Технические решения, позволяющие нефтяным компаниям экономить время и средства. // Нефтегазовые технологии №2, 2002 с.41-43. A.Anderson. Integration Intelligent Well Systems With Other Comletion Techologies // The oil & gas review 2005]. Эти системы используют кабельный канал связи и управляют расходом, осуществляя измерение давления и температуры в реальном масштабе времени и температуры, используя бесступенчатые регулируемые штуцеры. По мере закачки воды в пласт оператор следит в реальном масштабе времени за изменениями параметров и состоянием каждой инжекционной зоны. Недостатком системы является ее высокая сложность и стоимость, помимо этого отсутствует учет взаимного влияния соседних добывающих скважин. Поэтому подобные системы используют для одиночных высокодебитных скважин, разрабатывающих многопластовые залежи.
Наиболее близким техническим решением является система управления добычей углеводородного сырья (RU 2346156, МПК E21B 47/12, опубликованное 10.02.2009 г.) которая содержит скважинные подсистемы, объединенные локальной информационно-вычислительной сетью, которая связана через гетерогенную информационную сеть с устройством управления добычей. Каждая скважинная подсистема содержит модуль контроля параметров, который через первый канал связи соединен с наземным устройством управления технологическими режимами, информационно-регулирующее устройство, которое через второй канал связи соединено с устройством управления технологическими режимами и к которому подключено устройство электропитания.
Недостатком известной системы является эксплуатационный аспект, заключающийся в том, что при наличии кабельного канала связи между первым и вторым уровнями скважинной части системы имеются ограничения, связанные со спуско-подъемными операциями, а при беспроводном канале - необходима дополнительная спуско-подъемная процедура для извлечения технических средств первого уровня, кроме того, реализация беспроводного канала с высоким уровнем достоверности - относительно сложная техническая задача.
Задачей изобретения является повышение эксплуатационных качеств системы управления при добыче посредством электрических погружных центробежных насосов (ЭЦН) из многопластовых месторождений за счет формирования гибкой механической связи и энерго-механического канала с автономными измерительными и исполнительными техническими средствами, расположенными ниже в скважинной зоне.
Поставленная задача решается системой управления добычей углеводородного сырья из многопластовых месторождений, содержащая скважинные подсистемы, объединенные локальной информационно-вычислительной сетью, причем каждая скважинная подсистема содержит подключенный к локальной информационно-вычислительной сети через интерфейсный блок первый контроллер, связанный с наземным устройством управления технологическим оборудованием и подключенный через первый блок связи посредством канала связи и приемо-передающего устройства ко второму контроллеру, который соединен с блоком датчиков и блоком исполнительных устройств, а также со вторым блоком связи, соединенным с выходом блока питания, в котором в отличие от прототипа к нижней части электрического центробежного насоса дополнительно прикреплен электромеханический захват, включающий в себя привод и исполнительный механизм захвата, а под электромеханическим захватом в скважинной зоне размещен скважинный якорь, совмещенный с автономным модулем, причем привод захвата соединен со вторым выходом блока питания, а другие выходы привода захвата соединены со вторым контроллером и с исполнительным механизмом захвата, который своим выходом может сопрягаться со скважинным якорем, который соединен со вторым блоком связи, образуя энерго-информационный канал, а другим входом - со скважинными зондами.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема скважинной подсистемы, являющейся составной частью системы управления добычей углеводородного сырья из многопластовых месторождений, а на фиг.2 - структурная схема реализации скважинного якоря, совмещенного с автономным модулем. Скважинная подсистема (фиг.1) включает в себя совокупность программно-технических средств, относящихся к одному скважинному объекту, связанному с другими объектами локальной информационно-вычислительной сетью (ЛИВС).
В составе подсистемы имеются интерфейсный блок 1, связывающий первый контроллер 2 с ЛИВС, устройство управления технологическим оборудованием 3. Связь контроллера 2 со скважинной частью осуществляется посредством первого блока связи 4 и канала связи 5. Технические средства, локализованные в районе низа (башмака) подъемной колонны, состоящей из насосно-компрессорных труб (НКТ) и ЭЦН, включают в себя приемо-передающее устройство 6, второй контроллер 7 с блоком датчиков термодинамических параметров 8 и блоком исполнительных устройств 9. Взаимодействие контроллера 7 с автономной частью осуществляется через второй блок связи 10. Блок питания 11 обеспечивает энергопотребление привода захвата 12 и автономной части. Привод 11 обеспечивает работу исполнительного механизма захвата 13. Скважинный якорь, совмещенный с автономным модулем (в дальнейшем - якорь) 14 обеспечивает управление скважинными зондами 15…16, которые обеспечивают необходимые измерения и осуществляющие управляющие воздействия в скважинной среде. Подключение скважинных зондов 15…16 к якорю 14 осуществляется, предпочтительно, посредством кабельной линии связи, по которой происходит обмен информацией и электропитание скважинных зондов. Установку и снятие якоря в заданной области скважинного пространства осуществляет исполнительный механизм захвата 13 при включении привода 12, электропитание привода осуществляется от блока питания 11.
Система в установившемся режиме выполняет следующие функции:
- контроль текущего состояния разработки месторождений и добычи;
- анализ потенциала скважин и объектов разработки;
- сбор и хранение геолого-промысловых данных;
- передачу управляющих воздействий для каждого объекта системы и их синхронную реализацию.
Работа системы происходит следующим образом. При монтаже системы в начале подсоединенные к якорю 14 скважинные зонды 15…16 опускаются в скважину. Сам якорь 14 фиксируется на устье. Затем собираются технические средства, стыкуемые с ЭЦН, в нижнюю часть компоновки включают исполнительный механизм 12 с приводом 13, образующие захват. Захват стыкуют с якорем 14 и по команде второго контроллера 7 осуществляется механическая фиксация якоря с техническими средствами, установленными в нижней части ЭЦН. Далее скважинная компоновка в составе: скважинные зонды 15…16, якорь 14, захват и другие скважинные блоки вместе с ЭЦН, колонной НКТ опускаются в скважину на заданную глубину.
Далее работа системы происходит аналогично прототипу с определенными отличиями, а именно - автономная часть, состоящая из якоря 14 и скважинных зондов 15…16, может работать подсоединенной механически к верхним техническим средствам через захват или будучи отстыкованной от них. При этом захват обеспечивает фиксацию якоря и отсоединяется от него по команде второго контроллера 7. Информационный обмен в обоих режимах между якорем 14 и вторым контроллером 7 осуществляется через электромагнитный канал связи посредством второго блока связи 10. Из вышеизложенного следует, что система может работать как в составе единой компоновки, что позволяет обеспечивать максимально надежную электромагнитную связь с автономной частью для обмена информацией, а также для обеспечения ее электропитанием, так и по отдельности, как показано в прототипе. При этом НКТ и ЭЦН вместе с техническими средствами, присоединенными к нему, могут извлекаться из скважины и опускаться в нее в процессе работы без автономной части, что создает дополнительные преимущества в процессе эксплуатации.
Структурная схема реализации якоря 14 приведена на фиг.2. Здесь показаны: источник электропитания 17, обеспечивающий питание аппаратных средств якоря 14, а также дистанционное электропитание скважинных зондов 15…16; третий контроллер 18, управляющий работой якоря 14; третий блок связи 19, обеспечивающий обмен информацией со скважинными зондами 16…17, запоминающее устройство 20 - для хранения данных, формируемых в процессе измерений, четвертый блок связи 21 - для обеспечения информационного и энергетического взаимодействия через второй блок связи 10, механизм фиксации 22, обеспечивающий однозначное положение якоря 14 в обсадной колонне скважины.
Способы технической реализации всех блоков, упомянутых выше, известны и зависят от условий применения и инженерных приоритетов.
Следует отметить, что автономная часть может осуществлять замеры и формировать оперативный банк данных при отсутствии связи с наземной частью и передавать эти данные при наличии этой связи.
Основные преимущества системы:
1) Система монтируется и извлекается за один спуско-подъем, что позволяет существенно сократить временные и материальные затраты.
2) Имеется возможность раздельной установки скважинных технических средств, что позволяет:
- обеспечить оптимальную достоверность передачи измерительной и управляющей информации путем регулирования промежутка между низом подъемной колонны и автономной частью;
- при обеспечении должной надежности автономной части ЭЦН и другие технические средства могут обслуживаться и ремонтироваться (при этом извлекаться и опускаться) вне связи с автономной частью достаточно длительное время.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить эксплуатационные качества системы управления добычей углеводородного сырья из многопластовых месторождений.