СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ЗАКАЧИВАЕМЫХ В СКВАЖИНУ ЖИДКОСТЕЙ
CONTROL SYSTEM FOR PARAMETERS OF LIQUIDS INJECTED INTO THE WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для управления параметрами, закачиваемых в скважину технологических жидкостей при глушении скважин со сложными геолого-технологическими показателями при проведении ремонтных работ, в том числе и для скважин с аномально высоким пластовым давлением.
Известна интеллектуальная скважина, состоящая из колонны насосно-компрессорных труб со скважинным оборудованием, системой трубопроводов, наземной системы обработки и хранения информации постоянного мониторинга параметров скважины в месте установки внутрискважинного оптического датчика измерения температуры и давления, размещенную на устье скважины и, содержащей измерительные приборы, устройство (оптоэлектронный блок), выполненный с возможностью взаимодействия посредством беспроводной связи с автоматическим рабочим местом оператора, при этом система трубопроводов выполнена с возможностью организации движения жидкости в скважине и к измерительным приборам, [Патент РФ № 2568448, Е21В 43/00, Е21В 47/06, опубликовано 20.11.2015].
Недостатком известного технического решения является то, что в данном изобретении измерительные приборы расположены внутри скважины, что снижает надежность их работы, ввиду воздействия внутрискважинной среды, отсутствия возможности постоянного контроля, профилактики, ремонта измерительных приборов, мониторинг направлен на эксплуатируемую скважину.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является система регистрации параметров закачиваемых в скважину жидкостей, включающая измерительные приборы, встроенные в нагнетательную линию с контролируемой средой, и соединенные с компьютером с программным обеспечением посредством кабеля [Патент РФ № 2539041, Е21В 21/08, Е21В 44/00, опубликовано 27.06.2014].
Недостатком данного технического решения является то, что данная система включает в себя измерительные приборы, которые осуществляют измерение параметров жидкостей, закачиваемых в скважину, только на входе в скважину, обладает недостаточной информативностью обо всех параметрах, в том числе параметрах на выходе жидкости из скважины, невозможность корректировки параметров технологической жидкости, соответственно также дает неполную картину понимания всего процесса.
Предлагаемое техническое решение устраняет вышеперечисленные недостатки и позволяет повысить эффективность процесса глушения скважины посредством мониторинга параметров технологической жидкости, закачиваемой в скважину, осуществляя контроль параметров технологической жидкости на входе и выходе ее из скважины и управления параметрами технологической жидкости и процесса в целом, закачиваемой в скважину технологической жидкости, в том числе давления, расхода, объема, плотности, температуры, скорости ее фильтрации, обеспечивая возможность в режиме реального времени контролировать заданные параметры в процессе закачки технологических жидкостей, а также осуществлять управление заданными параметрами технологической жидкости, закачиваемой в скважину, регулируя их до заданных значений и процесса в целом.
Поставленная цель достигается тем, что Система управления параметрами, закачиваемых в скважину жидкостей, расположена на устье скважины и содержит систему трубопроводов, измерительные приборы и станцию управления, которые соединены между собой, измерительные приборы закреплены на входном и выходном трубопроводах системы трубопроводов и соединены со станцией управления посредством проводной и/или беспроводной связи, система снабжена технологической емкостью или емкостями, системой регулирования, насосом или насосами. Станция управления представляет собой устройство с программным обеспечением, позволяющим в режиме реального времени получать информацию о параметрах технологической жидкости с каждого измерительного прибора, обрабатывать информацию, анализировать, выводить на устройство визуализации и осуществлять управление системой регулирования и устройствами, регулирующими параметрами технологической жидкости, и каждая технологическая емкость соединена со скважиной входным и выходным трубопроводами и выполнена с возможностью размещения в ней заданного количества технологической жидкости и устройства или устройств, регулирующих параметры технологической жидкости в емкости, система регулирования расположена на выходном трубопроводе после измерительного прибора или приборов, гидравлически соединена с каждой технологической емкостью и включает в себя, по меньшей мере, одно устройство регулирования, выполненное с возможностью регулирования потока технологической жидкости, насос или насосы, расположенные на входном трубопроводе до измерительного прибора или приборов, при этом система дополнительно снабжена дегазатором с возможностью дегазации технологической жидкости, выходящей из скважины, дозирующим, перемешивающим и нагревательным устройствами, расположенными в технологической емкости.
На фиг. 1 изображена схема Системы управления параметрами, закачиваемых в скважину жидкостей, на фиг. 2 пример реализации изобретения при глушении скважины.
Система управления параметрами, закачиваемых в скважину жидкостей, обеспечивает замкнутый цикл циркуляции (как прямой, так и обратный) жидкости, например, технологической жидкости, в скважину и из скважины, проходя каждый измерительный прибор, устройства, регулирующие параметры жидкости и осуществляющие подготовку технологической жидкости для закачки в скважину, при этом обратно в скважину технологическую жидкость закачивают с заданными параметрами, позволяющими, в том числе повысить надежность эксплуатации скважины, обеспечить надежность работы устройств посредством мониторинга за параметрами технологической жидкости, при этом данные о заданных параметрах технологической жидкости получают в режиме реального времени от измерительных приборов, расположенных на устье, а также осуществляют управление заданными параметрами технологической жидкости в режиме реального времени устройствами, регулирующими параметры технологической жидкости до заданных значений.
Система управления параметрами, закачиваемых в скважину жидкостей расположена на устье скважины 1 и включает в себя станцию управления 2 и измерительные приборы, которые соединены между собой посредством проводной и/или беспроводной связи, технологическую емкость или емкости 3, насос или насосы 4, систему трубопроводов с входным 5 и выходным 6 трубопроводами и систему регулирования 7. Измерительный или измерительные приборы 8 установлены на входном трубопроводе 5 (нагнетательная линия) перед входом в скважину 1. Измерительный или измерительные приборы 9 установлены на выходном трубопроводе 6 (выкидная линия) на выходе из скважины 1.
Измерительные приборы 8 и 9 могут быть установлены на трубопроводе как отдельно, так и в виде измерительного модуля, содержащего как минимум по одному расходомеру, плотномеру, датчику измерения температуры и давления, манометру и термометру. Каждый измерительный прибор 8 и 9 представляет собой измерительный прибор или контрольно - измерительный прибор, выполненный с возможностью передачи данных о параметре жидкости, например, электромагнитный, ультразвуковой, тахометрический, кариолисовый, расходомеры перепада давления; плотномер представляет собой, например, плотномер вибрационный, поплавковый, весовой, гидростатический, радиоизотопный, вибрационный, ультразвуковой; датчик измерения температуры представляет собой, например, терморезисторы, термопары, термометры, комбинированные датчики, цифровые датчики; датчик давления представляет собой, например, манометр.
Станция управления 2 с программным обеспечением выполнена в стационарном или передвижном исполнении и представляет собой устройство с программным обеспечением, например, компьютер, смартфон или планшет, с возможностью обмена информации с измерительными приборами и управления устройством или устройствами, регулирующие параметры жидкости, путем подачи сигнала.
Программное обеспечение станции управления 2 обеспечивает получение и фиксацию информации о параметрах жидкости с каждого измерительного прибора 8 и 9; обработку и анализ, полученной информации, в соответствии с заданными требованиями к жидкости, в том числе сравнивать полученные данные с каждого измерительного прибора 8 и 9 с заданными значениями параметра, осуществлять вычисления, оформлять информацию, полученную в результате обработки с каждого измерительного прибора 8 и 9, в виде, например, графиков, таблиц, текста, рисунка и их комбинаций, выводить информацию о параметрах жидкости, полученной на каждом этапе контроля для ее просмотра на устройство визуализации, например, дисплей компьютера, экран смартфона, экран планшета, и осуществлять регулирование параметров жидкости путем подачи сигналов, например, на систему регулирования 7. При необходимости программное обеспечение станции содержит дополнительные требования, представляющие собой, например, федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности в нефтяной и газовой промышленности.
Каждая технологическая емкость 3 соединена со скважиной 1 входным 5 и выходным 6 трубопроводами с контролируемой средой в виде жидкости, проходящей через каждый измерительный прибор 8 и 9 и выполнена:
- с возможностью размещения в ней заданного объема жидкости;
- с возможностью размещения в ней заданного устройства или устройств, осуществляющих подготовку жидкости для закачки в скважину 1.
Насос 4 или насосы расположены с возможностью подачи жидкости из технологической емкости 3 в скважину 1, которая проходит через измерительный прибор или приборы 8. Насос 4 расположен в технологической емкости 3 или не в емкости, на входном трубопроводе 5 перед измерительным прибором или приборами 8. Насос 4 представляет собой, например, нефтяной насос, диафрагменный мембранный насос, насос реверсного типа, насосный агрегат.
Система регулирования 7 обеспечивает регулирование параметрами жидкости и включает в себя, по меньшей мере, одно устройство регулирования, расположенное на выходном трубопроводе 6 за измерительным прибором или приборами 9.
Устройство регулирования 7 выполнено с возможностью регулирования потока жидкости и представляет собой, например, дроссельное устройство. Дроссельное устройство дополнительно снабжено, по меньшей мере, одной задвижкой, обеспечивающей непрерывность потока жидкости и/или изменение направления ее потока (на фиг. не показано). Дроссельное устройство представляет собой, например, регулируемый дроссель.
Система управления параметрами, закачиваемых в скважину жидкостей, дополнительно снабжена дегазатором 10, расположенным с возможностью дегазации технологической жидкости на выходном трубопроводе 6 перед технологической емкостью 3, дозирующим устройством, расположенным в технологической емкости 3, перемешивающим устройством, расположенным в технологической емкости 3, нагревательными устройствами или устройством, расположенным, например, в технологической емкости 3, в технологической емкости 3 и на входном 5 и выходном 6 трубопроводах, на входном 5 и выходном 6 трубопроводах; запорными устройствами 11, расположенными на входном 5 и выходном 6 трубопроводах.
Измерительные приборы 8 и 9 дополнительно снабжены контроллерами 12 с возможностью фиксации, обработки полученных параметров жидкости и передачи таких параметров на станцию управления 2, и представляют собой, например, датчик давления 8 с контроллером 12 выполненный с возможностью управления насосом 4.
Дегазатор 10 представляет собой, например, горизонтальный газонефтяной сепаратор, вертикальный сепаратор, гидроциклонный сепаратор.
Технологическая емкость 3 снабжена устройством или устройствами, осуществляющими подготовку жидкости для закачки в скважину, например, дозирующим устройством и/или перемешивающим устройством, и/или нагревательным устройством, и/или фильтрующим устройством, и дополнительно может быть снабжена расходными емкостями для химических реагентов.
Дозирующее устройство представляет собой, например, шнековый дозатор, дозатор механического типа, весовые дозаторы, объемные дозаторы (на фиг. не показано).
Перемешивающее устройство представляет собой, например, механическое устройство в виде мешалки (лопастной; листовой; якорной; рамной; турбинной; пропеллерной) (на фиг. не показано).
Нагревательное устройство представляет собой, например, электротэн, конвектор, пароспутник (на фиг. не показано).
Запорные устройства 11 представляют собой, например, задвижку клиновую, задвижку шиберную, задвижку фланцевую.
Система управления параметрами, закачиваемых в скважину жидкостей, снабжена системой питания, обеспечивающей электропитание всей системы, например, от сети переменного тока 220 В.
Система управления параметрами, закачиваемых в скважину жидкостей работает следующим образом.
Систему управления параметрами, закачиваемых в скважину жидкостей, монтируют на устье скважины 1 с пластовым давлением, для чего устье оборудуют системой трубопроводов, фонтанной арматурой, располагают станцию управления 2, размещают систему регулирования 7 на выходном трубопроводе за измерительным прибором или приборами 9, располагают технологическую емкость или емкости 3, которые соединяют со скважиной 1 посредством входного 5 и выходного 6 трубопроводов 6, обеспечивая прямой или обратный замкнутый цикл циркуляции технологической жидкости.
Насос или насосы 4 располагают с возможностью подачи подготовленной технологической жидкости из технологической емкости 3 в скважину 1. Технологическая жидкость проходит через измерительный или измерительные приборы 8.
Измерительный прибор или приборы 8 устанавливают и закрепляют на входном трубопроводе 5 (нагнетательная линия) на входе в скважину 1, а измерительный прибор или приборы 9 устанавливают и закрепляют на выходном трубопроводе 6 (выкидная линия) на выходе из скважины 1, с возможностью измерения заданных параметров технологической жидкости, проходящей через каждый измерительный прибор 8 и 9, например, расходомер, плотномер, манометр, датчик температуры.
При этом каждый измерительный прибор 8 или 9 устанавливают как по отдельности, так и в виде измерительного модуля, содержащего несколько измерительных приборов 8 или 9.
Данные с измерительных приборов о каждом параметре технологической жидкости поступают на станцию управления 2 в режиме реального времени. Информация о параметрах технологической жидкости с каждого измерительного прибора 8 и 9 поступает на станцию управления 2 посредством проводной и/или беспроводной связи.
Программное обеспечение станции управления 2 позволяет осуществлять мониторинг и управление заданными параметрами технологической жидкости в режиме реального времени, регулируя их, а именно получает и фиксирует информацию с каждого измерительного прибора 8 и 9, обрабатывает и анализирует полученную информацию, с учетом требований к технологической жидкости, закачиваемой в скважину, в том числе сравнивает полученные данные с каждого измерительного прибора 8 и 9 со значением соответствующего параметра, предварительного записанного в программу станции управления 2 и сравнивает данные каждого параметра технологической жидкости на входе в скважину 1 и с данными параметра технологической жидкости на выходе из скважины 1, осуществляет вычисления, оформляет обработанную информацию в виде, например, графиков, таблиц, текста, рисунка и их комбинаций, выводит информацию о параметрах технологической жидкости, полученной на каждом этапе контроля, на устройство визуализации, например, экран, дисплей, табло, для ее визуализации, и осуществляет изменение параметра технологической жидкости путем доведения до заданного значения соответствующего параметра, управляя системой регулирования 7 и устройством или устройствами, регулирующими параметры технологической жидкости, осуществляя подготовку технологической жидкости для закачки в скважину, путем подачи сигнала, например, на систему регулирования 7.
Устройства, регулирующие параметры технологической жидкости и осуществляющие подготовку технологической жидкости для закачки в скважину, например, дегазатор 10, дозирующее устройство, перемешивающее устройство, нагревательное устройство, запорные устройства 11 позволяют подготовить технологическую жидкость с заданными параметрами непосредственно на устье и закачать ее в скважину.
Предлагаемое техническое решение повышает эффективность эксплуатации скважины и надежность работы устройств посредством мониторинга заданных параметров технологической жидкости, закачиваемой в скважину, осуществляя контроль заданных параметров технологической жидкости на входе и выходе ее из скважины и управления параметрами технологической жидкости, закачиваемой в скважину жидкости. Пример.
2
Заявляемая Система управления параметрами, закачиваемых в скважину жидкостей, была смонтирована на устье скважины 1 (Фиг. 2) Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ) с аномально высоким пластовым давлением (АВПД), глубиной 3761 м. и с пластовым давлением равным 367 кгс/см, для чего устье было оборудовано системой трубопроводов, фонтанной арматурой.
Станцию управления 2 расположили в кабине оператора. Технологические емкости 3 соединили со скважиной 1 посредством входного 5 и выходного 6 трубопроводов, обеспечивая замкнутый цикл прямой циркуляции технологической жидкости.
Насосы 4 располагались на автомобилях, вне технологической емкости 3, с возможностью подачи подготовленной технологической жидкости из технологической емкости 3 в скважину 1, проходя через измерительные приборы 8. Технологическую емкость 3, дегазатор 10, входной 5 и выходной 6 трубопроводы и систему регулирования 7 расположили и соединили на устье скважины согласно утвержденной схеме.
Измерительные приборы 8 установили и закрепили на входном трубопроводе 5 (нагнетательная линия), а измерительные приборы 9 на выходном трубопроводе 6 (выкидная линия) на выходе из скважины 1. Измерительные приборы 8 были размещены следующим образом: плотномер, термометр и расходомер были размещены в измерительном модуле, а манометр размещен вне измерительного модуля.
Измерительные приборы 9 были размещены следующим образом: плотномер, термометр и расходомер располагают в едином измерительном модуле. Манометр был размещен вне измерительного модуля.
Для глушения скважины была использована технологическая жидкость, представляющая собой техническую воду с параметрами:
3
3
Т = +40°С - +50 С в объеме 3 м плотностью 1,24 г/см.
3
Каждая технологическая емкость 3 представляет собой емкость 40 м со смесителем, расположенную на шасси грузового автомобиля.
Дегазатор 10 представляет собой дегазатор типа CD - 140.
Система регулирования 7 представляет собой блок дросселирования типа БД 65х70ХЛ(к2).
Насос 4 представляет собой насосный агрегат типа АН - 700. До начала работ по закачке технической воды были определены устьевые параметры технической воды. Данные о плотности, температуре, расходе и давлении с каждого измерительного прибора 8 и 9 поступали на станцию управления 2, представляющую собой компьютер 2, расположенный в кабине оператора: в кабине автомобиля УАЗ 39995, посредством беспроводной связи.
Давление с помощью манометров и блока измерительных приборов 8 фиксировалось в течение 30 мин. Был произведен контрольный расчет плотности технической воды по установившемуся избыточному давлению на устье скважины. После чего была осуществлена закачка технической воды в трубное пространство скважины 1 на циркуляции с контролем забойного давления при помощи блока дросселирования системы регулирования 7.
При поступлении с затрубного пространства технической воды использовался дегазатор 10 с дегазацией и сбором технической воды в емкость 3.
В процессе закачки технической воды в скважину 1, программное обеспечение компьютера станции управления 2 получало информацию о давлении, плотности, температуре в режиме реального времени. Полученные данные фиксировались станцией управления, осуществлялось сравнение с заданными значениями параметров, а именно, со значением плотности технической воды на входе в скважину, которое должно соответствовать значению плотности технической воды на выходе из скважины, а значение давления технической воды на входе в скважину и выходе из скважины с пластовым давлением.
Для изменения давления на выходе из скважины 1, по результату вычисления давления, осуществлялась регулировка давления технической воды путем доведения до необходимых значений посредством системы регулирования 7 и насосов 4.
Полученная и обработанная информация отображалась на устройстве визуализации в виде экрана компьютера 2 оператору на каждом этапе контроля.
Измерение и регулирование заданных параметров осуществляют по сигналу со станции управления - компьютера 2.
Предлагаемое техническое решение повышает эффективность эксплуатации, процесса глушения скважины и надежность работы устройств посредством мониторинга параметров технологической жидкости, закачиваемой в скважину, осуществляя контроль параметров жидкости на входе и выходе ее из скважины и управления параметрами технологической жидкости и процесса в целом, закачиваемой в скважину технологической жидкости, в том числе давления, расхода, объема, плотности, температуры, скорости ее фильтрации, обеспечивая возможность в режиме реального времени контролировать заданные параметры в процессе закачки жидкостей, а также осуществлять управление заданными параметрами технологической жидкости, закачиваемой в скважину, регулируя их до заданных значений и процесса в целом, и отсутствия воздействия внутрискважинной среды на измерительные приборы.