СИСТЕМА ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ГРУППЫ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН
OPTIMIZATION SYSTEM OF WORK OF OIL AND GAS WELLS GROUP

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области контроля параметров скважинной жидкости (СКЖ) в системе оптимизации работы группы скважин путем управления установками электроцентробежных насосов (УЭЦН) на кусте нефтегазовых скважин по данным условий эксплуатации скважины и параметров СКЖ по ГОСТ Р 8.615-2005 ГСИ. Измерения количества извлекаемой из недр нефти и нефтяного газа (Приказ Минэнерго №69 от 31.03.2005).
Известна система контроля технологических режимов группы нефтегазовых скважин по патенту RU 2168011, кл. Е21В 47/10, Е21В 43/34, от 27.05.2001 г., содержащая переключатель скважин, входной трубопровод, связывающий переключатель с сепаратором гравитационного типа, предназначенным для отделения газа, трубопроводы для отвода газа и жидкости из сепаратора. На жидкостной линии установлен массовый расходомер кориолисового типа для измерения расхода и плотности водонефтяной эмульсии, а также устройство для непрерывного измерения содержания воды в эмульсии - емкостной, микроволновый, инфракрасный или радиочастотный влагомер. Известная система позволяет осуществлять удаленный мониторинг группы скважин месторождения при меньших затратах, чем предыдущий, поскольку одно замерное устройство находится в совместном пользовании группы скважин.
Основным недостатком известной системы является невозможность функционирования в реальном времени. Это связано с тем, что измерение продуктивных параметров нефтегазовых скважин и выявление изменений этих параметров ведется последовательно по заранее определенному графику замеров. Данное обстоятельство в совокупности с отсутствием каких-либо средств автоматического регулирования системы добычи выливается в невозможность построить отклик продуктивных параметров при варьировании параметров скважинного оборудования, и реализовать оптимизацию извлечения углеводородов из продуктивного пласта. Сокращение временных интервалов между замерами невозможно осуществить увеличением частоты переключений, поскольку это снижает надежность системы и увеличивает риск аварий (порыв трубопровода), а также быстро вырабатывает ресурс переключателя, что приводит к паразитным перетокам между портами переключателя и вносит неконтролируемые ошибки измерений.
Известно устройство отимгоации работы нефтяной скважины с одновременным измерением ее дебита по патенту RU 2318988, кл. Е21В 43/00, от 10.03. 2008 г., содержащее установленный на выкидном нефтепроводе запорный орган, перед которым установлен датчик устьевого давления и помещенный на затрубье скважины датчик затрубного давления, которые подключены к блоку управления, выход которого соединен с исполнительным механизмом запорного органа. Выход нефтепровода соединен с затрубьем газопроводом, снабженным вторым запорным органом со своим исполнительным механизмом, вход которого подключен к блоку управления. При этом каждый из запорных органов выполнен в виде клапана с регулируемой пропускной способностью. Известное устройство позволяет не только автоматически измерять режимы функционирования скважины, но и изменять их по заранее заданному алгоритму, т.е. решать упрощенную задачу оптимизации работы нефтяной скважины. Устройство может позволить скважине работать длительное время, оптимизируя ее устьевое давление, если изменения обводненности и газового фактора будут незначительными. Система является автономной, т.е. не требует наличия высококвалифицированного обслуживающего персонала.
Основным недостатком известной системы является отсутствие измерительных средств, позволяющих проводить в реальном времени измерение компонентного состава скважинной жидкости. Проводить расчет дебита группы скважин по единожды измеренным (раз в месяц) параметрам, полученным с помощью групповой замерной установки (ГЗУ) нельзя, т.к. при таком расчете принимаются неизменными (постоянными) значения обводненности и газового фактора скважины или группы скважин. Без знания измеренных в реальном времени параметров скважины (дебита, компонент СКЖ - нефти, воды и газа) невозможна оптимизация компонентного состава скважины, и тем более группы скважин. Другим серьезным недостатком известной системы является то, что она применима для решения одной задачи оптимизации - стабилизации устьевого давления на одной скважине и плохо подходит для оптимизации работы группы скважин, оказывающих друг на друга взаимное влияние. Кроме того, не позволяет выявлять неоптимальные режимы добычи или сбои в работе скважинного оборудования (неожиданные выбросы воды, газа и т.п.).
Прототипом является система оптимизации работы группы нефтегазовых скважин по патенту RU 135354 U1, кл. Е21В 43/12, Е21В 47/06 от 13.05.2013, содержащая установленный на выкидном нефтепроводе каждой скважины устьевой модуль (УМ) с запорным органом (30) и датчиками перепада давления и температуры, при этом УМ выполнен в виде отрезка трубопровода с присоединительными фланцами, внутри которого установлены устройство для измерения компонентного состава СКЖ и запорный орган в виде регулируемого сужающего устройства с датчиками измерения на нем перепада давления, а выход каждого УМ соединен трубопроводом со входом переключателя потока жидкости, соединяющего его либо со входом групповой замерной установки (ГЗУ), либо с выходным коллективным трубопроводом, при этом каждый УМ содержит интерфейс управления, подключенный к ЗО и датчикам перепада давления и температуры, который своими шинами управления и передачи данных подключен к общему блоку управления системы, который в свою очередь, шинами управления соединен с переключателями и ГЗУ.
Основным недостатком известной системы является то, что в качестве управляющего воздействия для оптимизации работы скважины и группы скважин является запорное устройство в виде сужающегося участка отрезка трубы, что создает динамическое сопротивление потоку СКЖ и осуществляет воздействие только на давление в устье скважин. Это приводит к повышенной нагрузке на электродвигатель УЭЦН и дополнительному расходу электроэнергии.
Другим серьезным недостатком является то, что в качестве устройства для измерения компонентного состава СКЖ использован высокочастотный импедансомер и нейтронный плотномер. Первое устройство при высоких обводненностях нефти работает с высокой погрешностью, поскольку на его показаниях сказывается инверсия фаз при 60-70% влажности - переход от эмульсии типа «вода в нефти» к эмульсии типа «нефть в воде». Нейтронный плотномер содержит радиоактивный источник, что требует обеспечения непрерывной охраны оборудования, т.е. постоянного присутствия квалифицированного персонала на скважине и месторождении.
Еще одним недостатком является низкая представительность пробы, поскольку не предусмотрены меры по ее гомогенизации перед измерением и измерение пробы осуществляется в одной и той же точке сужающего УМ.
Еще одним недостатком является отсутствие прибора для измерения скорости потока (дебита скважин) и газосодержания СКЖ, что является требованием ГОСТ Р 8.615-2005 ГСИ. Измерения количества извлекаемой из недр нефти и нефтяного газа (Приказ Минэнерго №69 от 31.03.2005). Каждый компонент СКЖ требует для измерения отдельного прибора, что выливается в сложный измерительный комплекс, что в свою очередь требует обеспечения непрерывной охраны оборудования и постоянного присутствия квалифицированного персонала на скважине и месторождении.
Задачей изобретения является разработка системы оптимизации работы группы нефтегазовых скважин, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей заявляемой системы за счет использования: преобразователя напряжения и частоты (ПНЧ) для управления работой электродвигателями установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) на кусте нефтегазовых скважин; устьевого модуля в виде расширяющегося конусного отрезка трубы; подвижного патрубка для отбора пробы из УМ; проточного экспресс-анализатора протонного магнитного резонанса (ПМРА) в качестве устройства для измерения параметров СКЖ - концентрации воды, нефти и газа, скорости потока и плотности компонентов.
Технический результат достигается тем, что система оптимизации работы группы нефтегазовых скважин, содержащая установленный на выкидном нефтепроводе каждой скважины устьевой модуль (УМ), который выполнен в виде отрезка трубопровода с присоединительными фланцами, устройство для измерения компонентного состава СКЖ, выход каждого УМ соединен трубопроводом со входом переключателя потока жидкости, соединяющего его либо со входом групповой замерной установки (ГЗУ), либо с выходным коллективным трубопроводом, при этом электродвигатель каждого УМ подключен к общему блоку управления системы, который в свою очередь, шинами управления соединен с переключателем, согласно настоящему изобретению, скважины соединены с установленными на выкидном нефтепроводе каждой скважины устьевыми модулями с подвижными патрубками, приводимыми в движение электродвигателями и соединенными с входными патрубками кругового переключателя потоков, выходной патрубок которого соединен со входным патрубком датчика проточного протонного магнитно-резонансного анализатора (ПМРА) с катушкой индуктивности, четверть волновой линией соединенной с передатчиком и приемником ПМРА, выход которого соединен с блоком управления, соединенным с преобразователями напряжения и частоты (ПНЧ), выходы которых силовыми шинами соединены с погружными электродвигателями в установках электроцентробежных насосов нефтегазовых скважин. При этом УМ выполнен в виде расширяющегося конического отрезка трубы, а проточный ПМРА используется для измерения параметров СКЖ.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1. представлена схема (на примере трех скважин) реализации заявляемой системы.
Обозначения на чертеже:
1а-1в - скважины;
2а-2в - выкидные газопроводы;
3а-3в - устьевые модули;
4 - магистральный трубопровод;
5а-5в - подвижные патрубки;
6а-6в - гребенки;
7а-7в - электродвигатели;
8а-8в - входные патрубки кругового переключателя;
9 - круговой переключатель;
10 - выходной патрубок кругового переключателя;
11 - датчик;
12 - проточный ПМР экспресс-анализатор;
13 - выкидной патрубок;
14 - катушка индуктивности;
15 - передатчик;
16 - приемник;
17 - релаксометр ПМР;
18 - блок управления;
19а-19в - шины;
20а-20в - преобразователи напряжения и частоты (ПНЧ);
21а-21в - погружные электродвигатели;
22а-22в - электроцентробежные насосы.
Система включает скважины 1а-1в (скважин может быть гораздо больше - до 24 на ГЗУ), соединенные с установленными на выкидном нефтепроводе 2а-2в каждой скважины устьевыми модулями 3а-3в, выходными патрубками соединенными с магистральным трубопроводом 4, подвижными патрубками 5а-5в, через гребенки 6а-6в приводимыми в движение (шаговыми или другими) электродвигателями 7а-7в и соединенными с входными патрубками 8а-8в кругового переключателя потоков 9, выходной патрубок 10 которого соединен со входным патрубком датчика 11 проточного ПМР экспресс-анализатора 12 с выкидным патрубком 13 слива измеренной пробы в магистраль трубопровода 4, катушкой индуктивности 14 датчика 11, четверть волновой линией соединенной с передатчиком 15 и приемником 16 релаксометра ПМР 17 ПМР-анализатора 12, соединенным с блоком управления 18, шинами 19а-19в соединенным с преобразователями напряжения и частоты (ПНЧ) 20а-20в, выходы которых соединены с погружными электродвигателями 21а-21в установок электроцентробежных насосов 22а-22в.
Схема реализации системы работает следующим образом. Скважинная жидкость из скважин 1а-1в через выкидные нефтепроводы 2а-2в каждой из скважин поочередно поступает в устьевые модули 3а-3в и выходит через выходные патрубки в магистральный трубопровод 4. Часть скважинной жидкости попадает в подвижные патрубки 5а-5в, через гребенки 6а-6в приводимые в движение электродвигателями 7а-7в и далее через входные патрубки 8а-8в кругового переключателя потоков 9 через выходной патрубок 10 поочередно, в зависимости от положения переключателя потоков 9, поступает в датчик 11 релаксометра 17 проточного ПМР экспресс-анализатора 12, где производится замер параметров СКЖ и далее через выкидной патрубок 13 измеренная проба сливается в магистраль трубопровода 4. В катушке индуктивности 14 датчика 11 отобранная проба облучается радиочастотным импульсом, поступающим от передатчика 15 релаксометра 17, после чего в катушке 14 генерируется сигнал ПМР, который через четверть волновую линию поступает в приемник 16 релаксометра ПМР 17 ПМР-анализатора 12, соединенного с блоком управления 18, в котором формируется сигнал управления и с которого по шинами 19а-19в поступают сигналы на преобразователи напряжения и частоты (ПНЧ) 20а-20в, которые меняют напряжение и частоту погружных электродвигателей 21а-21в установок электроцентробежных насосов 22а-22в.
Для проверки работоспособности заявляемой системы был собран стенд управления движением патрубка в устьевом модуле пробоотбора газожидкостных смесей (фиг. 2).
Выполненные модельные эксперименты показали пригодность сконструированных образцов для решения задач оптимизации работы скважины через блоки управления и ПНЧ, расположенные на устье скважин, путем изменения через ПНЧ скорости вращения ю и момента М ротора погружного электродвигателя УЭЦН в зависимости от изменяющихся параметров скорости потока ν, плотности ρ, концентрации воды W и газа G.