УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
WELL SURVEYING FACILITY

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано при проведении газоконденсатных исследований скважин в процессе разработки газоконденсатных месторождений с целью определения их газоконденсатных характеристик путем замера в автоматизированном режиме давлений сепарации, температур сепарации, барометрических давлений, перепадов давлений на замерной диафрагме, определения компонентного состава газа сепарации исследуемых скважин и дебитов сепарации.
Известна передвижная сепарационная установка У-900 для исследования газоконденсатных скважин, включающая узлы измерения расхода газа, давления и температуры, теплообменник, сборники жидкости, соединенные с сепараторами [1].
Известна установка для исследования газоконденсатных скважин «Порта-Тест» фирмы PORTA-TEST manufakturing LTD" (Канада) [2]. Установка включает линию приема газоконденсатной смеси, оборудованную клапаном-отсекателем и клапаном-регулятором давления. Последовательно установленные подогреватель и трехфазный сепаратор, соединенный с линиями отвода газа, воды и конденсата, а также с измерителями расходов фаз продукции скважины. Известная установка работает следующим образом. Газоконденсатная смесь из скважины поступает в подогреватель, где нагревается до необходимой температуры, предусмотренной программой исследования. Далее газожидкостная смесь направляется в сепаратор для отделения жидкой фазы от газообразной. Исследуемый газ направляется в вихревую трубу и затем в линию отвода газа, расход газа сепарации определяется измерителем расхода. В нижней части сепаратора находится жидкостный накопитель, где происходит разделение воды и конденсата за счет гравитационных сил. Сброс жидкостей в линии отвода воды и конденсата производится с одновременным замером расхода. Установка "Порта-Тест" обладает более высокой точностью определения содержания конденсата в газе сепарации исследуемой скважины по сравнению с другими известными техническими решениями аналогичного назначения за счет более полного разделения жидкой фазы от газообразной и раздельного замера объемов воды и жидких углеводородов.
Основной недостаток этих установок заключается в том, что они предназначены для исследования на устье скважины по методу промышленных отборов с сепарацией всей продукции скважины, а это связано со сжиганием огромных количеств газа и конденсата на факелах. Кроме того, они громоздки и исследования на них связаны с большой трудоемкостью работ в связи с необходимостью выполнения их в непрерывном режиме в течение нескольких суток. Эти обстоятельства серьезно ограничивают применение их в практической деятельности. На крупных месторождениях ежегодно исследуются всего 2-5% скважин от всего фонда, а на некоторых этапах разработки месторождений, особенно в условиях промышленной реализации технологий повышений конденсатоотдачи, необходимо выполнять исследования всего фонда скважин, а по некоторым скважинам 2-4 раза в год. Кроме того, необходимо учитывать то обстоятельство, что при проведении исследований с температурой сепарации выше 10°С не обеспечивается достоверный отбор проб газа из-за двухфазности газового потока. Это исключает возможность применения их на поздней стадии разработки, когда из-за снижения пластового давления будут наблюдаться высокие температуры сепарации (более 10°С).
Известна установка «сепарационная малогабаритная» для исследования газоконденсатных скважин [3]. Установка содержит смеситель, теплообменник, гравитационный сепаратор, поплавковый уровнемер для замера конденсата в мерном цилиндре.
Известен «низкотемпературный конденсатный прибор НТ-ПКП-5» для исследования газоконденсатных скважин, содержащий отбойник загрязнения, метанольную емкость, теплообменник, термостатируемые мерники конденсата [4].
Обе установки предназначены для промысловых исследований путем отбора части газожидкостного потока с помощью изокинетических зондов, сепарации его на газовую и жидкую фазы в низкотемпературном сепараторе, замера газа сепарации и сырого конденсата, отбора проб и их химико-аналитических исследований. При исследованиях на этих установках трудно обеспечить, а также и проверить равномерность распределения жидкой фазы по сечению потока.
Поэтому в корпоративных нормативных документах ОАО «Газпром» не рекомендуют выполнение промысловых газоконденсатных исследований с использованием малогабаритных сепарационных установок.
Наиболее близкой к заявляемой по совокупности существенных признаков к достигаемому результату является известная установка для промысловых исследований газоконденсатных скважин, располагаемая на УКПГ и включающая в себя: линию приема газоконденсатной смеси, оборудованную клапаном-отсекателем и клапаном-регулятором и связанную с сепараторами для отделения газа от жидкости, один из которых последовательно соединен с теплообменником, а также с емкостями дегазации и стабилизации углеводородов [5]. Недостатком данной установки для исследования скважин является то, что в процессе разработки газоконденсатных месторождений на поздней стадии в условиях низких пластовых давлений температура газа сепарации на выходе составляет больше 10°С, что обуславливает непредставительный отбор проб газа после сепарации и, как следствие, не позволяет достоверно проводить газоконденсатные исследования.
Технической задачей заявленного решения является обеспечение необходимого качества промысловых газоконденсатных исследований скважин за счет снижения температуры газа сепарации, исключения потерь газа и конденсата от сжигания на факелах, значительного увеличения объемов исследований за счет снижения трудоемкости работ.
Поставленная задача в установке для исследования скважин, включающей линию приема продукции исследуемой скважины, оборудованной регулятором давления, устройствами для измерения давления, устройствами для измерения температуры, вертикальный гравитационный сепаратор для отделения газа от жидкости, оборудованный измерителями уровня жидкости, решается тем, что установка дополнительно снабжена теплообменником, установленным до гравитационного сепаратора, при этом установка для исследования скважин дополнительно снабжена линией подачи газа высокого давления, соединенной с малогабаритным волновым детандером, компрессорная часть которого соединена с теплообменником, установленным после гравитационного сепаратора, причем теплообменник дополнительно соединен с теплообменником, выход которого соединен с линией отбора газа на промышленный хроматограф, через емкость защиты хроматографа с поплавковым датчиком уровня жидкости, при этом промышленный хроматограф соединен с контроллером и персональным компьютером. Поставленная задача также решается тем, что линия отбора газа на промышленный хроматограф оборудована системой хроматографического анализа газа сепарации, состоящей из зонда, емкости защиты хроматографа и промышленного хроматографа.
Поставленная задача также решается тем, что выходная линия вертикального гравитационного сепаратора оборудована интеллектуальным датчиком давления газа сепарации, датчиком температуры газа сепарации, датчиком перепада давления на замерной диафрагме.
Существенными отличительными признаками заявленного технического решения являются:
- установка дополнительно снабжена теплообменником, установленным до вертикального гравитационного сепаратора;
- установка дополнительно снабжена линией подачи газа высокого давления, соединенной с малогабаритным волновым детандером, компрессорная часть которого соединена с теплообменником, установленным после вертикального гравитационного сепаратора;
- теплообменник, установленный после вертикального гравитационного сепаратора, дополнительно соединен с теплообменником, выход которого соединен с линией отбора газа на промышленный хроматограф, через емкость защиты хроматографа с поплавковым датчиком уровня жидкости, при этом промышленный хроматограф соединен с контроллером и персональным компьютером;
- линия отбора газа на промышленный хроматограф оборудована зондом;
- линия отбора газа на промышленный хроматограф оборудована интеллектуальным датчиком температуры газа сепарации;
- выходная линия вертикального гравитационного сепаратора оборудована интеллектуальным датчиком давления газа сепарации, датчиком температуры газа сепарации, датчиком перепада давления на замерной диафрагме.
Заявленные существенные отличительные признаки нам были не известны из патентной и научно-технической информации и в связи с этим соответствуют критерию «новизна».
Заявленные существенные отличительные признаки не являются очевидными для среднего специалиста в данной отрасли, а при анализе технического уровня были не обнаружены.
В связи с изложенным считаем, что заявленное нами техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Критерий «промышленная применимость» обосновываем тем, что практически все составляющие исследовательской установки - волновой детандер, сепаратор, конденсатосборник, теплообменники, запорная арматура, соединительные трубопроводы, емкость защиты хроматографа, клапана, штуцер, уровнемеры, кабели, линии отбора, выпускаются отечественной промышленностью.
Заявленная нами установка для исследования скважин представлена на чертеже.
Установка включает в себя линию приема продукции исследуемой скважины 1, оборудованной регуляторами давления 2, устройством для измерения входного давления 3, устройством для измерения входной температуры (не показано), теплообменником 4, соединенным с вертикальным гравитационным сепаратором 5 для отделения газа от жидкости. Теплообменник 4 конструкции «труба в трубе» предназначен для охлаждения исследуемого газа с помощью газа, охлажденного до минус 20°С, поступающего в затрубное пространство теплообменника 4. Вертикальный гравитационный сепаратор 5 оснащен измерителями уровня жидкости 6, выходная линия 7 гравитационного сепаратора 5 через замерную диафрагму перепада давления 8, регуляторы давления 9 соединена с затрубным пространством теплообменника 10, трубная часть которого через регулятор давления 11 соединена с компрессорной частью малогабаритного волнового детандера 12, предназначенного для охлаждения исследуемого газа. Нижняя часть вертикального гравитационного сепаратора 5 через систему регуляторов давления 13, клапанов 14, обратного клапана 15 соединена с конденсатосборником 16, оснащенным измерителями уровня жидкости 17 и соединенным с линией газа высокого давления (ГВД) для передавливания конденсата через систему регуляторов давления 18, обратного клапана 19 в емкость для передавливания жидкости 20. В верхней части конденсатосборника 16 предусмотрена линия сброса газа выветривание 21 через обратный клапан 22 на эжектор. Газ высокого давления (ГВД) через систему регуляторов давления 23, диафрагму 24, штуцер 25 поступает в детандерную часть 26 малогабаритного волнового детандера. Теплообменник 10 соединен с теплообменником 27 для лучшего перевода в газообразное состояние капельного конденсата в случае уноса его из вертикального гравитационного сепаратора 5.
Выход трубной части теплообменника 27 оснащен линией отбора газа на промышленный хроматограф 28 через емкость защиты хроматографа 29 с поплавковым датчиком уровня жидкости 30, линия отбора газа соединена с промышленным хроматографом 31. Линия отбора газа на промышленный хроматограф 31 оснащена зондом 32 для представительного отбора исследуемой пробы и интеллектуальным датчиком температуры 33, а также соединена с помощью кабельной связи с контроллером 34 и персональным компьютером 35. Выходная линия вертикального гравитационного сепаратора 5 оснащена интеллектуальным датчиком температуры газа сепарации 36, датчиком давления газа сепарации 37, датчиком измерения перепада давления газа сепарации 38.
3
Работа установки для исследования скважин осуществляется в следующей последовательности. Продукция исследуемой скважины поступает в трубное пространство теплообменника 4, где происходит ее охлаждение «холодным», до минус 20°С, газом, поступающим в затрубное пространство теплообменника 4 с малогабаритного волнового детандера 12. Пройдя теплообменник 4, охладившаяся продукция исследуемой скважины поступает в вертикальный гравитационный сепаратор 5, где происходит ее разделение на жидкую и газообразную фазу. Газообразная фаза продукции скважины, пройдя замерную диафрагму перепада давления 8, поступает в затрубное пространство теплообменника 10, где происходит ее нагрев «горячим» газом, циркулирующим по замкнутому контуру компрессорной части малогабаритного волнового детандера через трубное пространство теплообменника 10, при этом сам газ, проходя теплообменник 10, охлаждается. Это охлаждение технологически необходимо для работы малогабаритного волнового детандера. Пройдя теплообменник 10, подогревшаяся газообразная фаза продукции скважины поступает в трубное пространство теплообменника 27, где происходит ее дополнительный подогрев газом с входного коллектора, поступающим в затрубное пространство теплообменника 27. Пройдя теплообменник 27, газообразная фаза продукции исследуемой скважины поступает в газопровод. Необходимость установки в исследовательскую линию теплообменника 27 была продиктована тем, что исследуемый газ в теплообменнике 10 практически не подогревался. Его температура повышалась на 2-5°С из-за незначительного расхода газа (2-2,5 тыс.м/сут по техническим данным малогабаритного волнового детандера), циркулирующего по замкнутому кругу компрессорной части. Поэтому в установку для исследования скважин при одноступенчатой сепарации с охлаждением газа скважин с использованием малогабаритного волнового детандера и был добавлен еще один теплообменник 27, для того чтобы исследуемый газ, частично подогретый в теплообменнике 10, поступая в теплообменник 27, подогревался до более высоких температур (на 10°С и более) встречным потоком «теплого» газа, поступающего из входного коллектора. В случае механического уноса конденсата из вертикального гравитационного сепаратора 5 поток исследуемого газа при нагреве его в теплообменниках 10 и 27 будет однофазным, так как произойдет испарение жидкости фазы в газообразную фазу. Поэтому на линии подачи газа на промышленный хроматограф 28 предусмотрен отбор пробы газа сепарации для его последующего исследования после теплообменника 27.
зж
зж
Замер выделяющейся в вертикальном гравитационном сепараторе 5 жидкой фазы (сырой конденсат и вода) осуществляют по времени накопления в фиксированном объеме вертикального гравитационного сепаратора 5 или конденсатосборника 16 с помощью измерителей уровня жидкости 6 и 17, установленных в теле вертикального гравитационного сепаратора 5 и конденсатосборника 16. Для более точных замеров небольших количеств воды предусмотрена специальная емкость Е - емкость для замера жидкости (не показано). После замера воды в емкости Е последнюю сбрасывают в коллектор сбора жидкости (КСЖ) (не показано).
На конденсатосборнике 16 также предусмотрен сброс низконапорного газа на эжектор через обратный клапан 22 с помощью автоматики. После теплообменника 27 линия отбора газа на промышленный хроматограф 28 оборудована зондом 32 для отбора пробы газа сепарации с середины потока для последующего его анализа на промышленном хроматографе 31 в автоматическом режиме.
Заявленное техническое решение в сравнении с прототипом позволяет обеспечить необходимое качество исследований газовых и газоконденсатных скважин за счет снижения температуры газа сепарации, исключения потерь газа и конденсата от сжигания на факелах, значительного увеличения объема исследований за счет снижения трудоемкости работ.
Источники информации
1. Инструкция по исследованию газоконденсатных месторождений на конденсатность. М.: Недра, 1975.
2. Низкотемпературный передвижной конденсатный прибор НТ-ПКП-5. Павильон «Газовая промышленность» ВДНХ, СССР, М., 1969.
3. Коротаев Ю.П. и др. Эксплуатация газовых месторождений. М.: Недра, 1975.
4. Гриценко А.И., Алиев З.С., Ермилов О.М., Ремизов В.В., Зотов Г.А. Руководство по исследованию скважин. М.: Наука, 1995.
5. Долгушин Н.В., Гурленов Е.М. Технология газоконденсатных исследований через УКПГ (на примере Вуктыльского месторождения). Сборник научных трудов ВНИИГАЗа, М., 1985, с.137-152.