СИСТЕМА ЗАКАЧКИ ВЫТЕСНЯЮЩЕГО АГЕНТА В НАГНЕТАТЕЛЬНЫЕ СКВАЖИНЫ
SYSTEM FOR PUMPING DISPLACEMENT AGENT INTO PRESSURE WELLS

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к системе закачки жидкости (вода) в пласт с целью вытеснения нефти и поддержания пластового давления.
Известна система поддержания пластового давления (см. Учебное пособие. Эксплуатация систем поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений, авт. Зейгман Ю.В., Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007, с.181-183), включающая кустовую насосную станцию с насосом высокого давления, водоводы от кустовой насосной станции к нагнетательным скважинам, нагнетательные скважины, работающие при различных давлениях нагнетания. Эта система принята за аналог.
Известная система закачки жидкости в пласты для поддержания пластового давления имеет следующие недостатки:
- на кустовой насосной станции и в водоводах необходимо поддерживать максимальное давление, соответствующее уровню приемистости низкопроницаемого пласта, что приводит к оснащению кустовых насосных станций мощными высоконапорными насосами;
- создание высоких давлений на водоводах приводит к увеличению количества порывов на них;
- использование штуцеров для регулирования объемов закачиваемой воды в пласты с высокой проницаемостью и повышения давления закачки в пласты с низкой проницаемостью существенно увеличивает энергетические затраты на осуществление технологии.
Известна система для осуществления способа закачки вытесняющего агента в нагнетательные скважины (см. Патент РФ №2079640, 6 E21B 43/20. Опубл. БИ №14 от 20.05.1997 г.), включающая шурф с погружным насосом высокого давления, водоводы от шурфа к нагнетательным скважинам, нагнетательные скважины, работающие при различных давлениях нагнетания. Эта система принята за наиболее близкий аналог.
Известная система закачки вытесняющего агента в нагнетательные скважины имеет следующие недостатки:
- погружные центробежные насосы типа УЭЦН, используемые в шурфе, имеют ограниченность применения вследствие низкого коэффициента полезного действия (КПД) в сравнении с насосами типа ЦНС, используемых на КНС;
- коэффициент полезного действия (КПД) погружного центробежного насоса типа УЭЦН, используемого в шурфе, значительно уменьшается при работе в режимах, отличных от номинальных;
- при использовании воды из водоводов высокого давления снижается надежность работы насоса в шурфе и оборудования шурфа (при высоком давлении на приеме насоса снижается долговечность уплотнительных узлов и велики нагрузки на обсадную колонну шурфа).
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергетических затрат на закачку вытесняющего агента за счет закачки части объема воды в нагнетательные скважины низкопроницаемых пластов более эффективным насосом КНС и повышение надежности работы погружного насоса и оборудования шурфа за счет снижения давления в системе.
Техническая задача решается системой закачки вытесняющего агента в нагнетательные скважины, включающей кустовую насосную станцию с насосом высокого давления, погружные насосы, спущенные в специальные шурфы и связанные с соответствующими скважинами выкидными линиями, отдельные каналы для подачи вытесняющего агента к нагнетательным скважинам, нагнетательные скважины, работающие при различных давлениях нагнетания,
Новым является то, что в системе закачки вытесняющего агента в нагнетательные скважины нагнетательные скважины разделены на группы с высокой проницаемостью пластов и низкой проницаемостью пластов, которые оборудуют шурфами с погружными насосами для создания необходимого дополнительного давления закачки рабочего агента в группы скважин с низкой проницаемостью пластов, при этом группы скважин с одинаковой проницаемостью пластов сообщены с соответствующими отдельными каналами, в которых создано давление, достаточное для нагнетания рабочего агента в высокопроницаемые скважины, причем между шурфами и соответствующими отдельными каналами установлены регулируемые гидросопротивления для создания оптимальной работы погружных насосов, а погружные насосы и регулируемые сопротивления снабжены соответствующими байпасными линиями с обратными клапанами.
На чертеже представлена технологическая схема системы закачки вытесняющего агента в нагнетательные скважины.
Она содержит приемный водовод 1 кустовой насосной станции 2, насос высокого давления 3 кустовой насосной станции 2, выкидной водовод 4 кустовой насосной станции 2, блок гребенки 5 с отдельными каналами 6, 7, 8, 9, 10, 11 для подачи вытесняющего агента в нагнетательные скважины 12, 13, 14, 15 с высокой проницаемостью пластов, погружной насос 16, спущенный в специальный шурф 17 с выкидными линиями 18, 19, 20 для подачи вытесняющего агента в нагнетательные скважины 21, 22 с низкой проницаемостью пластов, регулируемое гидросопротивление 23. Погружной насос 16 и регулируемое гидросопротивление 23 снабжены байпасной линией 24 с обратным клапаном 25 и задвижкой 26.
Схема работает следующим образом (см. чертеж). Существующий насос высокого давления 3 кустовой насосной станции 2 заменяется на насос меньшего напора, тем самым снижается давление в отдельных каналах 6, 7, 8, 9, 10, 11 до давления нагнетания вытесняющего агента в нагнетательные скважины 12, 13, 14, 15 с высокой проницаемостью пластов, благодаря этому исключается применение перед ними штуцеров. Насос высокого давления 3 кустовой насосной станции 2 является основным и обеспечивает 100% заданного объема закачки в нагнетательные скважины 12, 13, 14, 15 с высокой проницаемостью пластов и обеспечивает частичные объемы закачки в нагнетательные скважины 21, 22 с низкой проницаемостью пластов, определяемые их коэффициентами приемистости; обычно не более 90% от заданного объема закачки в нагнетательные скважины 21, 22 с низкой проницаемостью пластов. В качестве вытесняющего агента используется технологическая вода водоочистной станции (на чертеже не показана), подключенной к приемному водоводу 1 кустовой насосной станции 2. Оснащают погружной насос 16, размещенный в специальном шурфе 17, регулируемым гидросопротивлением 23, байпасной линией 24 с обратным клапаном 25, а также задвижкой 26. Регулируемое гидросопротивление 23 (например, штуцер, задвижка со штуцирующими насадками, редукционный клапан и др.) предназначено для снижения давления на приеме погружного насоса 16 до оптимального (или допустимого). Погружной насос 16 используется как дожимной подкачивающий насос для подкачки технологической воды в нагнетательные скважины 21, 22 с низкой проницаемостью пластов. Специальный шурф 17 размещают в непосредственной близости от нагнетательных скважин 21, 22 с низкой проницаемостью пластов. На отдельных каналах 6, 7, 8, 9, 10, 11, соединяющих выкидной водовод 4 кустовой насосной станции 2 через блок гребенки 5 с нагнетательными скважинами 12, 13, 14, 15 с высокой проницаемостью пластов и с меньшим давлением нагнетания (в сравнении с нагнетательными скважинами 21, 22), установка штуцеров не требуется.
Включают насос высокого давления 3 кустовой насосной станции 2, который закачивает технологическую воду через выкидной водовод 4, блок гребенки 5, отдельные каналы 6, 7, 8, 9, 10, 11 в нагнетательные скважины 12, 13, 14, 15 с высокой проницаемостью пластов, а через байпасную линию 24, обратный клапан 25, выкидные линии 18, 19, 20 в нагнетательные скважины 21, 22 с низкой проницаемостью пластов с давлением нагнетания, характерным для пластов с высокой проницаемостью. При этом в нагнетательные скважины 12, 13, 14, 15 с высокой проницаемостью пластов обеспечивается 100% заданного объема закачки, а в нагнетательные скважины 21, 22 с низкой проницаемостью пластов обеспечивается часть объема закачки, определяемая коэффициентами приемистости нагнетательных скважин; обычно не более 90% от заданного объема закачки.
Оставшийся объем закачки в нагнетательные скважины 21, 22 с низкой проницаемостью пластов при работающем насосе высокого давления 3 кустовой насосной станции 2 обеспечивает погружной насос 16, спущенный в специальный шурф 17 с давлением нагнетания, характерным для пластов с низкой проницаемостью. При этом регулируемое гидросопротивление 23 снижает давление на приеме погружного насоса 16 до оптимального (допустимого для данного типа насоса). Погружной насос 16 закачивает технологическую воду через задвижку 26, выкидные линии 18, 19, 20 в нагнетательные скважины 21, 22 с низкой проницаемостью пластов. При этом обратный клапан 25 закрывается, технологическая вода при этом поступает в выкидную линию 18 не по байпасной линии 24, а перекачивается погружным насосом 16 до выполнения заданного объема закачки в нагнетательные скважины 21, 22.
Пример конкретного выполнения.
Имеется задание по закачке в нагнетательные скважины. Нагнетательные скважины имеют следующие характеристики. Нагнетательные скважины 12, 13, 14, 15 с меньшим давлением нагнетания (в сравнении со скважинами 21, 22) и вскрывшие пласты с высокой проницаемостью:
3
3
3
3
- скважина 12 - закачка 220 м/сут при давлении закачки 9,8 МПа, скважина 13 - закачка 220 м/сут при давлении закачки 9,8 МПа, скважина 14 - закачка 200 м/сут при давлении закачки 9,8 МПа, скважина 15 - закачка 160 м/сут при давлении закачки 9,8 МПа.
Нагнетательные скважины 21, 22 более высокого давления нагнетания и вскрывшие пласты с низкой проницаемостью:
3
3
- скважина 21 - закачка 80 м/сут при давлении закачки 12,8 МПа, скважина 22 -закачка 80 м/сут при давлении закачки 12,8 МПа.
3
3
3
3
Насос высокого давления 3 (основной) типа ЦНС 40-1100 кустовой насосной станции 2 обеспечивает закачку технологической воды в объеме 800 м/сут в нагнетательные скважины 12, 13, 14, 15 и суммарно закачку технологической воды в объеме 110 м/сут в нагнетательные скважины 21, 22 с напором 1100 метров. Погружной центробежный насос УЭЦН 50-1350 - дожимной подкачивающий (учтены потери на подъем воды с шурфа) обеспечивает суммарно закачку технологической воды в объеме 50 м/сут в нагнетательные скважины 21, 22 с напором 1300 м. Регулируемое гидросопротивление 23 (например, штуцер, задвижка со штуцирующими насадками, редукционный клапан) снижает давления на приеме с 10,0 до 8,0 МПа и оптимизирует работу погружного насоса 16. Суммарная закачка технологической воды в нагнетательные скважины 12, 13, 14, 15, 21, 22 составляет 960 м/сут.
В таблице представлены сравнительные показатели известной (наиболее близкого аналога) и предлагаемой системы закачки вытесняющего агента в нагнетательные скважины
Таблица
Сравнительные показатели известных и предлагаемого объекта-устройства
Показатель
Значения показателей при известной (наиболее близкий аналог) и предлагаемой системах
известная
предлагаемая
Закачка технологической воды, м<sup>3</sup>/год
350,4
350,4
Стоимость используемого оборудования, всего тыс. руб.
1980,0
1922,5
в том числе:
- насосный агрегат, ЦНС 40-1400
1500,0
- насосный агрегат, ЦНС 40-1100
1350,0
- погружной центробежный насос УЭЦН 50-1350
350,0
- водовод L=10 м, D=89×7 мм
19,3
- обратный клапан
83,0
- задвижка со штуцирующими насадками, 1 шт.
120,2
- задвижка со штуцирующими насадками, 4 шт.
480,8
Затраты энергии на закачку воды, тыс. кВт·час/год
2225,0
1872,0
Стоимость энергии на закачку воды, тыс. руб./год
2558,8
2152,8
Удельная частота порывов на водоводах, шт./км
0,029
0,017
Затраты на ликвидацию порывов, тыс. руб./год
1900,2
1114,5
Из таблицы видно, что при близких по величине затратах по известной и предлагаемой схемам (около 2,0 млн. руб.) в предлагаемой системе закачки вытесняющего агента в нагнетательные скважины затраты энергии на закачку воды на 406 тыс. руб. (15,9%) ниже, чем по известной системе; эффект от снижения количества порывов на водоводах составит 785,7 тыс. руб.
Технико-экономическая эффективность предлагаемой системы закачки вытесняющего агента в нагнетательные скважины достигается за счет снижения энергетических затрат на закачку вытесняющего агента за счет закачки части объема воды в нагнетательные скважины низкопроницаемых пластов более эффективным насосом КНС и повышением надежности оборудования шурфа за счет снижения давления в системе.
Использование данного изобретения в нефтяной промышленности:
- обеспечивает возможность использования погружных центробежных насосов типа УЭЦН шурфа с ограниченным допустимым входным давлением;
- обеспечивает повышение надежности и увеличение межремонтного периода оборудования специального шурфа и шурфной установки в целом за счет снижения давления в обсадной колонне специального шурфа;
- позволяет для закачки части объема воды применять насос КНС, имеющий более высокий КПД в сравнении с погружным центробежным насосом типа УЭЦН специального шурфа;
- сокращает время работы погружного центробежного насоса типа УЭЦН, в результате чего обеспечивается снижение материальных затрат на обслуживание и ремонт систем закачки воды;
- расширяет применение типоразмерного ряда погружных центробежных насосов типа УЭЦН за счет использования регулируемого гидросопротивления.
- снижает давление в водоводах, соединенных с высокоприемистыми скважинами, за счет этого применение на кустовых насосных станциях более дешевых насосных установок с меньшим напором;
- увеличивает срок службы и снижает вероятность порывов на водоводах, соединенных с высокоприемистыми скважинами, за счет снижения рабочего давления.
3
Таким образом, использование данного изобретения в нефтяной промышленности позволяет снизить затраты на обслуживание и ремонт систем закачки воды, затраты на единицу (1 м) закачиваемой технологической воды.