СИСТЕМА КУСТОВОЙ ЗАКАЧКИ ВОДЫ В ПЛАСТ
SYSTEM OF CLUSTER WATER INJECTION TO RESERVOIR

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к системе закачки воды в пласт с целью вытеснения нефти и поддержания пластового давления.
Известна система кустовой закачки воды в пласт (см. учебное пособие Ю.В. Зейгмана «Эксплуатация систем поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений», Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. - С. 179-183), включающая кустовую насосную станцию, запорно-регулирующую арматуру, насос, подводящий к насосу водовод, выкидной водовод, соединяющий насос и блок гребенки, систему разводящих водоводов с отводами на каждую нагнетательную высокоприемистую, среднеприемистую или низкоприемистую скважины.
Недостатками известной системы являются централизованный принцип регулирования режимов закачки (давление, расход) воды по разводящим водоводам, при котором задают расход воды по разводящим водоводам запорно-регулирующей арматурой на выходе насоса и/или блока гребенки кустовой насосной станции, а также сложность регулирования режимов закачки воды при повышении или понижении давления в разводящих водоводах.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемой является система кустовой закачки воды в пласт, описанная в способе подготовки воды для закачки в нагнетательные скважины (патент РФ №2239698, Е21В 43/20, опубл. в бюл. №31 от 10.11.2004), включающая дополнительно устьевые штуцеры для настройки режима закачки воды индивидуально в каждую нагнетательную скважину.
Недостатком данной системы является то, что при повышении давления в подводящем к насосу водоводе и, как следствие, при повышении давления в системе разводящих водоводов после насоса (напор насоса при этом не изменяется), происходит увеличение по сравнению с технологическим режимом объема закачанной воды в нагнетательные скважины в соответствии с формулами (1), (2) (см. учебное пособие Ю.В. Зейгмана «Эксплуатация систем поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений», Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. - С. 74-75):
<mrow><msub><mi>К</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mi>е</mi><mi>м</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Q</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>Q</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>з</mi><mi>а</mi><mi>к</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>з</mi><mi>а</mi><mi>к</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>К</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mi>е</mi><mi>м</mi><mo>.</mo><mi>у</mi><mi>д</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mi>е</mi><mi>м</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><mo>∑</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo></mrow>
прием
где К - коэффициент премистости нагнетательной скважины;
прием. уд.
К - удельный коэффициент премистости нагнетательной скважины;
1
2
3
Q и Q - приемистость скважины на режимах 1 и 2 соответственно, м/сут;
зак1
зак2
Р и Р - давление закачки воды на режимах 1 и 2 соответственно, МПа;
i
∑h - сумма (толщин вскрытых пропластков) i-x интервалов перфорации скважины.
3
3
3
По величине коэффициента премистости все нагнетательные скважины условно разделены на три группы: высокоприемистые нагнетательные скважины с высокими значениями удельных коэффициентов премистости - более 0,25 м/(сут·МПа·м); среднеприемистые нагнетательные скважины, у которых значения удельных коэффициентов премистости примерно в два раза ниже по сравнению с высокоприемистыми нагнетательными скважинами - 0,1-0,15 м/(сут·МПа·м); низкоприемистые нагнетательные скважины, у которых значения удельных коэффициентов премистости ниже 0,1 м/( сут·МПа·м).
Следовательно, в соответствии с формулами (1), (2) в первую очередь наибольший расход (перезакачка воды) будет осуществляться в высокоприемистые нагнетательные скважины, в меньшей степени - в среднеприемистые и низкоприемистые нагнетательные скважины. Также через штуцеры, используемые при индивидуальной настройке технологического режима закачки воды в нагнетательные скважины, проходит увеличенный по сравнению с технологическим режимом объем закачанной воды в нагнетательные скважины (перезакачка воды) в соответствии с формулой (3):
3
где Q - объем перекачиваемой воды через штуцер, м/с;
µ - коэффициент расхода;
2
S - площадь сечения проходного канала штуцера, м;
1
2
1
2
(P-Р)=ΔР - перепад давления на входе (P) и выходе (Р) штуцера (Па);
3
ρ - плотность воды, кг/м.
Кроме того, при работе под повышенным давлением возрастает вероятность порывов (аварийной разгерметизации) водоводов на участках с наличием воздействия опасных факторов на материал трубы водовода (химическая и электрохимическая коррозия, механические нагрузки и т.д.).
Недостатком данной системы является также то, что при понижении давления в подводящем к насосу водоводе и, как следствие, при понижении давления в системе разводящих водоводов после насоса (напор насоса при этом не изменяется) происходит уменьшенный по сравнению с технологическим режимом объем закачанной воды в нагнетательные скважины в соответствии с формулами (1), (2), (3), а в случае отсутствия обратных клапанов на низкоприемистых нагнетательных скважинах (когда давление на устье низкоприемистой нагнетательной скважины больше давления, создаваемого насосом) возможен излив воды из низкоприемистой нагнетательной скважины в высокоприемистую нагнетательную скважину и/или по разводящим водоводам к блоку гребенки (обратный поток воды).
Периодические колебания давления (понижение и повышение давления) в подводящем водоводе к насосу приводят к изменению технических параметров насоса (потребляемая мощность, КПД), преждевременному износу рабочих органов насоса (рабочая ступень, подшипники, система уплотнений), повышенной вибрации узлов насоса, повышенной пульсации в подводящем к насосу водоводе и системе разводящих водоводов, что приводит к снижению срока службы и межремонтного периода насоса кустовой насосной станции, увеличению вероятности порывов в подводящем к насосу водоводе и системе разводящих водоводов.
Техническими задачами предлагаемого изобретения являются минимизация избыточной закачки воды в высокоприемистые нагнетательные скважины; исключение недозакачки воды в высокоприемистые, среднеприемистые и низкоприемистые нагнетательные скважины; оптимизация энергетических затрат на закачку воды в нагнетательные скважины системы кустовой закачки воды в пласт; стабилизация давления в подводящем к насосу водоводе и системе разводящих водоводов после насоса и, как следствие, снижение вероятности порывов в подводящем к насосу водоводе и системе разводящих водоводов; увеличение срока службы и межремонтного периода насоса кустовой насосной станции.
Технические задачи решаются предлагаемой системой кустовой закачки воды в пласт, включающей кустовую насосную станцию, запорно-регулирующую арматуру, насос, подводящий к насосу водовод, выкидной водовод, соединяющий насос и блок гребенки, систему разводящих водоводов с отводами на каждую нагнетательную высокоприемистую, среднеприемистую или низкоприемистую скважины.
Новым является то, что кустовая насосная станция предусматривает цикличный режим работы с периодическим повышением или понижением давления в подводящем водоводе, подводящий водовод оснащен регулятором давления, снижающим или повышающим давление на входе насоса при соответствующем превышении или понижении давления уставки в подводящем водоводе, которое предварительно выбрано исходя из характеристик насоса, который дополнительно оснащен частотно-регулируемым приводом, а выкидной водовод оснащен датчиком давления, функционально связанным с частотно-регулируемым приводом насоса для поддержания заранее выбранного оптимального давления насосом в выкидном водоводе, при этом отводы высокоприемистых скважин оснащены соответствующими регуляторами расхода для обеспечения постоянного объема закачки в них воды.
Таким образом, предложенная система кустовой закачки воды в пласт предусматривает комплексный подход, заключающийся в одновременном оснащении подводящего водовода регулятором давления, снижающим или повышающим давление на входе насоса при соответствующем превышении или снижении давления уставки в подводящем водоводе, которое предварительно выбрано исходя из характеристик насоса; насоса - частотно-регулируемым приводом; выкидного водовода - датчиком давления, функционально связанным с частотно-регулируемым приводом насоса для поддержания заранее выбранного оптимального давления насосом в выкидном водоводе; отводов высокоприемистых скважин - соответствующими регуляторами расхода для обеспечения постоянного объема закачки в них воды.
На чертеже представлена технологическая схема системы кустовой закачки воды в
пласт.
Система кустовой закачки воды в пласт содержит кустовую насосную станцию 1 с насосом 2, запорно-регулирующую арматуру 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, подводящий водовод 15 к насосу 2, выкидной водовод 16, соединяющий насос 2 и блок гребенки 17, систему разводящих водоводов 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 с отводами 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, нагнетательные скважины с различной приемистостью 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54. Подводящий водовод 15 оснащен регулятором давления 55, насос 2 оснащен частотно-регулируемым приводом 56. Выкидной водовод 16 оснащен датчиком давления 57, функционально связанным 58, 59 с частотно-регулируемым приводом 56 насоса 2. Отвод 25 среднеприемистой нагнетательной скважины 40 оснащен калиброванным штуцером 60, отвод 26 высокоприемистой нагнетательной скважины 41 оснащен регулятором расхода 61, отвод 38 высокоприемистой нагнетательной скважины 53 оснащен регулятором расхода 62.
В соответствии с формулами (1), (2) и исходя из промысловой практики нагнетательные скважины по приемистости проранжированы, например:
3
- высокоприемистые нагнетательные скважины 22, 35 - с приемистостью более 150 м/сут при фактическом устьевом давлении закачки воды;
3
- низкоприемистые нагнетательные скважины 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 - с приемистостью до 100 м/сут включительно при фактическом устьевом давлении закачки воды;
3
3
- среднеприемистая нагнетательная скважина 21 - с приемистостью от 100 м/сут до 150 м/сут включительно при фактическом устьевом давлении закачки воды.
На схеме выделяют следующие типы водоводов:
- водовод 18-I типа, комбинированный, к которому подключены при помощи отвода 26 высокоприемистая нагнетательная скважина 41 с регулятором расхода 61; при помощи отвода 25 - среднеприемистая нагнетательная скважина 40 с калиброванным штуцером 60; при этом разброс значений приемистости подключенных к водоводу 18 скважин большой;
- водовод 24 - II типа, комбинированный, к которому подключены при помощи отвода 39 низкоприемистая нагнетательная скважина 54; при помощи отвода 38 - высокоприемистая нагнетательная скважина 53 с регулятором расхода 62; при этом разброс значений приемистости подключенных к водоводу 24 скважин значителен;
- водоводы 19, 20, 21, 22, 23 - III типа, к которым подключены низкоприемистые нагнетательные скважины 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52 с приблизительно равными значениями приемистости.
Регуляторы расхода и штуцеры устанавливаются на те скважины, где соблюдается условие экономической целесообразности, при котором сравниваются затраты на регуляторы и штуцеры с затратами на потери по перезакачке воды в нагнетательные скважины.
Регулятор давления 55 на подводящем водоводе 15 к насосу 2 работает в автоматическом режиме и обеспечивает значение давления в подводящем водоводе 15 к насосу 2, задаваемое уставкой регулятора давления (регулятор давления 55 «после себя» обеспечивает значение давления в подводящем водоводе 15 к насосу 2).
Регулятор расхода 61 работает в автоматическом режиме и обеспечивает расход перекачиваемой воды по водоводу 18 и отводу 26 в высокоприемистую нагнетательную скважину 41 не более значения, задаваемого уставкой регулятора расхода. Регулятор расхода 62 работает в автоматическом режиме и обеспечивает расход перекачиваемой воды по водоводу 24 и отводу 38 в высокоприемистую нагнетательную скважину 53 не более значения, задаваемого уставкой регулятора расхода.
Калиброванный штуцер 60 оттарирован и обеспечивает заданный расход перекачиваемой воды по водоводу 18 и отводу 25 в среднеприемистую нагнетательную скважину 40 при определенном значении давления в водоводе 18 и отводе 25.
Частотно-регулируемый привод 56, функционально связанный 58, 59 с датчиком давления 57, работает только на повышение числа оборотов электродвигателя насоса 2 при снижении давления в подводящем водоводе 15.
Характерной чертой нефтяных месторождений на поздней стадии разработки является эксплуатация низкоприемистых нагнетательных скважин системы кустовой закачки воды в пласт, находящихся в процессе разработки продолжительное время. Кроме того, кустовые насосные станции работают в цикличном режиме и обычно несколько кустовых насосных станций (более двух) подключены к одному источнику водоснабжения и периодически отключаются по технологическим причинам, хотя бы одна из них.
Система кустовой закачки воды в пласт работает следующим образом.
При повышении давления на подводящем водоводе 15. Предварительно назначается оптимальное значение давления на входе в насос 2, исходя из характеристик насоса 2 для его работы в оптимальном режиме (режим максимального КПД). При выполнении заданного технологического режима кустовой насосной станции 1 происходит повышение давления в подводящем к насосу 2 водоводе 15 в сравнении со значением оптимального давления (например, при перекачке заданного расхода воды с повышенным давлением от источника водоснабжения: по причине переключения насоса источника водоснабжения с меньшего напора на насос с большим напором; при подключении нескольких кустовых насосных станций к источнику водоснабжения: по технологическим причинам отключается хотя бы одна из них по причине цикличности работы кустовых насосных станций). При этом регулятор давления 55 на подводящем водоводе 15 к насосу 2 работает в автоматическом режиме и обеспечивает значение оптимального давления в подводящем водоводе 15 к насосу 2, задаваемое уставкой регулятора давления (регулятор давления 55 «после себя» обеспечивает значение давления в подводящем водоводе 15 к насосу 2). Насос 2 кустовой насосной станции 1 работает в оптимальном режиме и через запорно-регулирующую арматуру 6, 7, выкидной водовод 16, соединяющий насос 2 и блок гребенки 17 с запорно-регулирующей арматурой 9, 10, 11, 12, 13, 14, и далее через систему разводящих водоводов 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 с отводами 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 закачивает воду в нагнетательные скважины с различной приемистостью 40, 41, 42, 43, 44,45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54. При этом регулятор расхода 61 работает в автоматическом режиме и обеспечивает расход перекачиваемой воды по водоводу 18 и отводу 26 в высокоприемистую нагнетательную скважину 41 не более значения, задаваемого уставкой регулятора расхода; регулятор расхода 62 работает в автоматическом режиме и обеспечивает расход перекачиваемой воды по водоводу 24 и отводу 38 в высокоприемистую нагнетательную скважину 53 не более значения, задаваемого уставкой регулятора расхода; калиброванный штуцер 60 обеспечивает заданный расход перекачиваемой воды по водоводу 18 и отводу 25 в среднеприемистую нагнетательную скважину 40 при определенном значении давления в водоводе 18 и отводе 25.
При понижении давления на подводящем водоводе 15 предварительно назначается значение оптимального давления на входе в насос 2 исходя из характеристик насоса 2 для его работы в оптимальном режиме (режим максимального КПД). При выполнении заданного технологического режима кустовой насосной станции 1 происходит понижение давления в подводящем к насосу 2 водоводе 15 в сравнении со значением оптимального давления (например, при перекачке заданного расхода воды с пониженным давлением от источника водоснабжения: по причине переключения насоса источника водоснабжения с большего напора на насос с меньшим напором; при подключении нескольких кустовых насосных станций к источнику водоснабжения: по технологическим причинам отключается одна и подключается не менее двух кустовых насосных станций по причине цикличности работы кустовых насосных станций).
При этом регулятор давления 55 на подводящем водоводе 15 к насосу 2 пропускает «после себя» пониженное значение давления, тем самым в подводящем водоводе 15 к насосу 2 устанавливается пониженное значение давления по сравнению с оптимальным значением давления. Пониженное значение давления фиксирует датчик давления 57, который функционально связан 58, 59 с частотно-регулируемым приводом 56 насоса 2. При этом частотно-регулируемый привод 56 увеличивает частоту вращения вала электродвигателя насоса 2 и обеспечивает повышение давления до оптимального значения.
Насос 2 кустовой насосной станции 1 работает в оптимальном режиме и через запорно-регулирующую арматуру 6, 7, выкидной водовод 16, соединяющий насос 2 и блок гребенки 17 с запорно-регулирующей арматурой 9, 10, 11, 12, 13, 14 и далее через систему разводящих водоводов 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 с отводами 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 закачивает воду в нагнетательные скважины с различной приемистостью 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54. При этом регулятор расхода 61 работает в автоматическом режиме и обеспечивает расход перекачиваемой воды по водоводу 18 и отводу 26 в высокоприемистую нагнетательную скважину 41 не более значения, задаваемого уставкой регулятора расхода; регулятор расхода 62 работает в автоматическом режиме и обеспечивает расход перекачиваемой воды по водоводу 24 и отводу 38 в высокоприемистую нагнетательную скважину 53 не более значения, задаваемого уставкой регулятора расхода; калиброванный штуцер 60 обеспечивает заданный расход перекачиваемой воды по водоводу 18 и отводу 25 в среднеприемистую нагнетательную скважину 40 при определенном значении давления в водоводе 18 и отводе 25.
Пример конкретного выполнения
Рассмотрим пример конкретного выполнения, когда к кустовой насосной станции 1 подключены пятнадцать нагнетательных скважин: одна - среднеприемистая нагнетательная скважина 40, две - высокоприемистых нагнетательных скважины 41, 53, двенадцать - низкоприемистых нагнетательных скважин 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 54.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
В соответствии с заданием по закачке за определенный период времени (24 ч) насосом 2 (ГНУ 1500-1650) кустовой насосной станции 1 необходимо закачать 1500 м сточной воды (ρ=1100 кг/м) в пятнадцать нагнетательных скважин. Закачка 1500 м воды распределяется следующим образом. В двенадцать низкоприемистых нагнетательных скважин: скважина 42-80 м; скважина 43-80 м; скважина 44-80 м; скважина 45-80 м; скважина 46-80 м; скважина 47-80 м; скважина 48-80 м; скважина 49-80 м; скважина 50-80 м; скважина 51-80 м; скважина 52-80 м; скважина 54-80 м. В две высокоприемистые нагнетательные скважины: скважина 41-200 м; скважина 53-200 м; в одну среднеприемистую нагнетательную скважину 40-140 м. Рассмотрим два варианта примера конкретного выполнения в зависимости от технологических режимов: повышение давления в подводящем водоводе 15 (пример А); понижение давления в подводящем водоводе 15 (пример Б).
Пример А (повышение давления в подводящем водоводе 15)
3
3
3
3
Предварительно назначается оптимальное значение давления на входе в насос 2, равное 2,0 МПа, исходя из характеристик насоса 2, для его работы в оптимальном режиме (режим максимального КПД). При выполнении заданного технологического режима кустовой насосной станции 1 происходит повышение давления в подводящем к насосу 2 водоводе 15 до 3,0 МПа по сравнению со значением оптимального давления 2,0 МПа (например, при перекачке заданного расхода воды с повышенным давлением от источника водоснабжения: по причине переключения насоса источника водоснабжения с меньшего напора на насос с большим напором; при подключении нескольких кустовых насосных станций к источнику водоснабжения: по технологическим причинам отключается хотя бы одна из них по причине цикличности работы кустовых насосных станций). При этом регулятор давления 55 на подводящем водоводе 15 к насосу 2 работает в автоматическом режиме и обеспечивает значение оптимального давления 2,0 МПа в подводящем водоводе 15 к насосу 2, задаваемого уставкой регулятора давления (регулятор давления 55 «после себя» обеспечивает значение давления 2,0 МПа в подводящем водоводе 15 к насосу 2). Насос 2 кустовой насосной станции 1 работает в оптимальном режиме и через запорно-регулирующую арматуру 6, 7, выкидной водовод 16, соединяющий насос 2 и блок гребенки 17 с запорно-регулирующей арматурой 9, 10, 11, 12, 13, 14, и далее через систему разводящих водоводов 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 с отводами 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 закачивает воду в нагнетательные скважины с различной приемистостью 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 в соответствии с заданием по закачке воды. При этом регулятор расхода 61 работает в автоматическом режиме и обеспечивает расход перекачиваемой воды 200 м по водоводу 18 и отводу 26 в высокоприемистую нагнетательную скважину 41 не более значения 200 м, задаваемого уставкой регулятора расхода; регулятор расхода 62 работает в автоматическом режиме и обеспечивает расход перекачиваемой воды 200 м по водоводу 24 и отводу 38 в высокоприемистую нагнетательную скважину 53 не более значения 200 м, задаваемого уставкой регулятора расхода; калиброванный 9
3
штуцер 60 обеспечивает заданный расход перекачиваемой воды 140 м по водоводу 18 и отводу 25 в среднеприемистую нагнетательную скважину 40.
При отсутствии оснащенности (известная система): подводящего водовода 15 регулятором давления 55, отвода 26 высокоприемистой скважины 41 регулятором расхода 61, отвода 38 высокоприемистой скважины 53 регулятором расхода 62, при повышении давления в подводящем водоводе 15 повышается давление нагнетания в выкидном водоводе 16, соединяющем насос 2 и блок гребенки 17, систему разводящих водоводов 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 с отводами 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, нагнетательные скважины с различной приемистостью 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 (напор насоса остается неизменным). По этой причине в соответствии с формулами (1), (2), (3) во все нагнетательные скважины 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 осуществляется закачка излишнего объема воды (перезакачка воды) по сравнению с технологическим режимом закачки воды. Технологический режим закачки воды насосом 2 кустовой насосной станции 1 (кустовая насосная станция 1 эксплуатируется по цикличному графику работы) в год составляет:
3
3
Q=1500 м/сут×15 дней×12 месяцев=270000 м/год.
3
Суммарная перезакачка воды год в нагнетательные скважины с различной приемистостью 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 по сравнению с технологическим режимом закачки воды составит 54000 м.
В таблице 1 представлены сравнительные показатели известной (наиболее близкого аналога) и предлагаемой систем кустовой закачки воды в пласт.
Из таблицы 1 видно, что предлагаемая система кустовой закачки воды в пласт по примеру А экономически эффективнее, чем известная система. При дополнительных затратах 3320 тыс. р. на регулятор расхода, регулятор давления, датчик давления, частотно-регулируемый привод, ежегодные затраты снижаются на 1400 тыс. р.
Пример Б (снижение давления в подводящем водоводе 15). Предварительно назначается значение оптимального давления на входе в насос 2, равное 2,0 МПа, исходя из характеристик насоса 2 для его работы в оптимальном режиме (режим максимального КПД). При выполнении заданного технологического режима кустовой насосной станции 1 происходит понижение давления до 1,0 МПа в подводящем к насосу 2 водоводе 15 в сравнении со значением оптимального давления 2,0 МПа (например, при перекачке заданного расхода воды с пониженным давлением от источника водоснабжения: по причине переключения насоса источника водоснабжения с большего напора на насос с меньшим напором; при подключении нескольких кустовых насосных станций к источнику водоснабжения: по технологическим причинам отключается одна и подключается не менее двух кустовых насосных станций - по причине цикличности работы кустовых насосных станций).
При этом регулятор давления 55 на подводящем водоводе 15 к насосу 2 пропускает «после себя» пониженное значение давления 1,0 МПа, тем самым в подводящем водоводе 15 к насосу 2 устанавливается пониженное значение давления 1,0 МПа по сравнению с оптимальным значением давления 2,0 МПа. Пониженное значение давления 1,0 МПа фиксирует датчик давления 57, который функционально связан 58, 59 с частотно-регулируемым приводом 56 насоса 2. При этом частотно-регулируемый привод 56 увеличивает частоту вращения вала электродвигателя насоса 2 с 3000 до 3100 об/мин и обеспечивает повышение давления до оптимального значения 2,0 МПа.
3
3
3
3
3
Насос 2 кустовой насосной станции 1 работает в оптимальном режиме и через запорно-регулирующую арматуру 6, 7, выкидной водовод 16, соединяющий насос 2 и блок гребенки 17 с запорно-регулирующей арматурой 9, 10, 11, 12, 13, 14, и далее через систему разводящих водоводов 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 с отводами 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 закачивает воду в нагнетательные скважины с различной приемистостью 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54. При этом регулятор расхода 61 работает в автоматическом режиме и обеспечивает расход перекачиваемой воды 200 м, по водоводу 18 и отводу 26 в высокоприемистую нагнетательную скважину 41 не более значения 200 м, задаваемого уставкой регулятора расхода; регулятор расхода 62 работает в автоматическом режиме и обеспечивает расход перекачиваемой воды 200 м по водоводу 24 и отводу 38 в высокоприемистую нагнетательную скважину 53 не более значения 200 м, задаваемого уставкой регулятора расхода; калиброванный штуцер 60 обеспечивает заданный расход перекачиваемой воды 140 м по водоводу 18 и отводу 25 в среднеприемистую нагнетательную скважину 40.
При отсутствии оснащенности (известная система): подводящего водовода 15 регулятором давления 55, отвода 26 высокоприемистой скважины 41 регулятором расхода 61, отвода 38 высокоприемистой скважины 53 регулятором расхода 62, насоса 2 частотно-регулируемым приводом 56, выкидного водовода 16 датчиком давления 57, функционально связанным 58, 59 с частотно-регулируемым приводом 56 насоса 2, при понижении давления в подводящем водоводе 15 понижается давление нагнетания в выкидном водоводе 16, соединяющем насос 2 и блок гребенки 17, систему разводящих водоводов 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 с отводами 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, нагнетательные скважины с различной приемистостью 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 (напор насоса остается неизменным). По этой причине в соответствии с формулами (1), (2), (3) во все нагнетательные скважины 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 осуществляется недозакачка воды по сравнению с технологическим режимом закачки воды и, как следствие, по реагирующим добывающим скважинам фиксируется недобор нефти. Технологический режим закачки воды насосом 2 кустовой насосной станции 1 (кустовая насосная станция 1 эксплуатируется по цикличному графику работы) в год составляет:
3
3
Q=1500 м/сут×15 дней×12 месяцев=270000 м/год.
3
Суммарная недозакачка воды год в нагнетательные скважины с различной приемистостью 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 по сравнению с технологическим режимом закачки воды составит 46000 м.
В таблице 2 представлены сравнительные показатели известной (наиболее близкого аналога) и предлагаемой систем кустовой закачки воды в пласт.
Из таблицы 2 видно, что предлагаемая система кустовой закачки воды в пласт по примеру Б экономически эффективнее известной системы. При дополнительных затратах 3320 тыс. руб. на регулятор расхода, регулятор давления, датчик давления, частотно-регулируемый привод, ежегодные затраты снижаются на 1203 тыс. р.
Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемой системы кустовой закачки воды в пласт достигается за счет комплексного подхода, заключающегося в одновременном оснащении подводящего водовода регулятором давления, снижающим или повышающим давление на входе насоса при соответствующем превышении или снижении давления уставки в подводящем водоводе, которое предварительно выбрано исходя из характеристик насоса; насоса - частотно-регулируемым приводом; выкидного водовода - датчиком давления, функционально связанным с частотно-регулируемым приводом насоса для поддержания заранее выбранного оптимального давления насосом в выкидном водоводе; отводов высокоприемистых скважин - соответствующими регуляторами расхода для обеспечения постоянного объема закачки в них воды.
Использование предложенной системы кустовой закачки воды в пласт обеспечит минимизацию избыточной закачки воды в высокоприемистые нагнетательные скважины; исключение недозакачки воды в высокоприемистые, среднеприемистые и низкоприемистые нагнетательные скважины; оптимизацию энергетических затрат на закачку воды в нагнетательные скважины системы кустовой закачки воды в пласт; стабилизацию давления в подводящем к насосу водоводе и системе разводящих водоводов после насоса и, как следствие, снижение вероятности порывов в подводящем к насосу водоводе и системе разводящих водоводов; увеличение срока службы и межремонтного периода насоса кустовой насосной станции.