СПОСОБ ПОДЪЕМА НЕОДНОРОДНОЙ МНОГОФАЗНОЙ ПРОДУКЦИИ ИЗ СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF LIFTING INHOMOGENEOUS MULTI-PHASE PRODUCTS FROM WELLS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к области нефтяной и газовой промышленности и может быть использована при добыче углеводородов из скважин при интенсивном притоке в скважину воды с песком на газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождениях.
Известны способ извлечения неоднородной многофазной среды из скважины и устройство для его осуществления (RU 1831593, 1988 г.).
Способ извлечения неоднородной многофазной среды из скважины предусматривает сепарацию перекачиваемой среды, подачу жидкости в сопло струйного насоса и эжектирование им перекачиваемой среды с последующим нагнетанием ее в напорную линию.
Устройство для извлечения неоднородной многофазной среды из скважины содержит спущенные в скважину на насосно-компрессорных трубах погружной центробежный насос, струйный аппарат и газосепаратор.
Недостатками известных способа и устройства являются низкая эффективность работы при интенсивном притоке воды с песком к забою добывающей скважины.
Наиболее близким по технической сущности к первому изобретению является способ, включающий откачку продукции из пласта в скважину, частичную сепарацию свободного газа от жидкости, последующее поступление газожидкостной смеси с остаточным газосодержанием в насос и нагнетание ее в сопло струйного аппарата, эжектирование струйным аппаратом части продукции скважины из затрубного пространства в насосно-компрессорные трубы, подъем продукции на поверхность и регулирование давления в затрубном пространстве, при этом газожидкостную смесь с остаточным газосодержанием диспергируют пред поступлением в насос (RU 2274731, 2004 г.).
Наиболее близким по технической сущности ко второму изобретению является устройство для добычи нефти, содержащее спущенные в скважину на насосно-компрессорных трубах насос и струйный аппарат, при этом на входе в насос установлен газосепаратор-диспергатор, а струйный аппарат снабжен соплом диафрагменного типа (RU 2274731, 2004 г.).
Известные способ и устройство обеспечивают высокую эффективность добычи нефти из скважин с высоким газовым фактором, но не обеспечивают высокой эффективности работы в условиях интенсивного притока воды с песком к забою добывающей скважины.
Технической проблемой, на решение которой направлены предлагаемые изобретения, является повышение эффективности способа подъема неоднородной многофазной продукции из скважины при интенсивном притоке воды с песком к забою добывающей скважины.
Указанная техническая проблема в предлагаемом способе решается тем, что в способе подъема неоднородной многофазной продукции из скважины, включающем откачку продукции из пласта в скважину, частичную сепарацию свободного газа от жидкости с последующим поступлением газожидкостной смеси с остаточным газосодержанием в насос и нагнетанием ее в сопло струйного аппарата, откачку струйным аппаратом продукции скважины из затрубного пространства и с забоя скважины в насосно-компрессорные трубы и подъем продукции на поверхность, согласно изобретению, периодически прерывают откачку струйным аппаратом продукции скважины из затрубного пространства и с забоя скважины и осуществляют перепуск потока продукции в направлении к забою скважины в затрубное пространство ниже продуктивного пласта, причем интервалы периодичности прерывания откачки струйным аппаратом из затрубного пространства и перепуска потока в направлении к забою скважины и в затрубное пространство ниже продуктивного пласта выбирают исходя из обеспечения оптимальной скорости восходящего потока в насосно-компрессорных трубах путем контроля изменения величины дебита скважины на устье и регулирования значения подачи насоса.
Указанная техническая проблема в предлагаемом устройстве решается тем, что устройство для подъема неоднородной многофазной продукции из скважины, содержащее спущенные в скважину на насосно-компрессорных трубах насос с электроприводом, газосепаратор и струйный аппарат с соплом и камерой смешения, согласно изобретению, оснащено перепускным трубопроводом, верхний конец которого сообщается с камерой смешения струйного аппарата, а нижний конец расположен под насосом и газосепаратором ниже продуктивного пласта, на выходе камеры смешения установлен обратный клапан, на нижнем конце перепускного трубопровода и на входе в газосепаратор размещены сетчатые фильтры, а на выходе скважины установлен датчик расхода, подключенный к блоку управления, выход которого подсоединен к частотному регулятору тока электропривода насоса.
Достигаемый технический результат заключается в поддержании оптимальной скорости восходящего потока в трубах, обеспечивающей эффективный вынос песка и других твердых частиц с забоя скважины с одновременным удалением всего объема воды, поступающей с песком из продуктивного пласта в скважину.
Сущность предлагаемых изобретений поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.
Устройство для подъема неоднородной многофазной продукции из скважины содержит спущенные в скважину 1 на насосно-компрессорных трубах 2 насос 3, газосепаратор 4 и струйный аппарат с соплом 5 и камерой смешения 6. Устройство оснащено перепускным трубопроводом 7, верхняя часть которого сообщается с камерой смешения 6 струйного аппарата. Нижняя часть перепускного трубопровода 7 расположена на забое 8 скважины 1 под насосом 3 и газосепаратором 4, а насос 3 оснащен электроприводом 9 с частотным регулятором тока 10, с возможностью создания реверсивного потока в перепускном трубопроводе 7.
Электропривод 9 соединен с частотным регулятором тока 10 через электрический кабель 11.
На входе газосепаратора 4 размещен сетчатый фильтр 12, для удержания крупных твердых части. На выходе газосепаратора 4 выполнены выходные газовые каналы 13 для отвода отсепарированного газа. На выходе насоса 3 размещен обратный клапан 14, препятствующий возникновению обратного течения через проточную часть насоса 3 при его остановке. На выходе камеры смешения 6 струйного аппарата размещен обратный клапан 15, препятствующий возникновению обратного течения через колонну насосно-компрессорных труб 2. В нижней части перепускного трубопровода 7 установлен сетчатый фильтр 16 для удержания крупных твердых частиц.
Через перфорационные отверстия 17 скважина 1 гидравлически связана с продуктивным пластом 18.
На устье скважины 1 расположен газопровод 19, сообщающийся с кольцевым затрубным пространством между скважиной 1 и насосно-компрессорными трубами 2.
На устье скважины 1 также расположен трубопровод 20, сообщающийся с внутренним каналом насосно-компрессорных труб 2. В трубопроводе 20 установлен датчик расхода 21, подключенный через канал связи 22 к блоку управления 23.
Частотный регулятор тока 10 подключен к блоку управления 23 через канал управления 24.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
Производят откачку продукции из пласта 18 в скважину 1, частичную сепарацию свободного газа от жидкости в газосепараторе 4, последующее поступление газожидкостной смеси с остаточным газосодержанием в насос 3 и нагнетание ее в сопло 5 струйного аппарата, откачку струйным аппаратом продукции скважины из затрубного пространства и с забоя 8 скважины 1 в насосно-компрессорные трубы 2, подъем продукции на поверхность. При этом периодически прерывают откачку струйным аппаратом продукции скважины из затрубного пространства и с забоя 8 скважины 1 и осуществляют перепуск потока продукции в направлении к забою 8 скважины 1 в затрубное пространство ниже продуктивного пласта 18.
Интервалы периодичности прерывания откачки струйным аппаратом из затрубного пространства и перепуска потока в направлении к забою скважины и в затрубное пространство ниже продуктивного пласта выбирают исходя из обеспечения оптимальной скорости восходящего потока в насосно-компрессорных трубах, обеспечивающей вынос песка и других твердых частиц с забоя скважины с одновременным удалением всего объема воды, поступающей с песком из продуктивного пласта в скважину.
Оптимизация скорости восходящего потока в трубах путем поддержания скорости восходящего потока в насосно-компрессорных трубах на заданном уровне и, соответственно, выбор интервалов периодичности прерывания откачки струйным аппаратом из затрубного пространства осуществляется путем контроля текущей величины дебита скважины на устье и сравнение с расчетным значением, соответствующим режиму эксплуатации скважины.
Информация о расходе перекачиваемой среды от датчика расхода 21 через канал связи 22 постоянно поступает в блок управления 23. В блоке управления 23 данная информация о расходе в трубопроводе 20 постоянно обрабатывается и определяется объем добытой воды (или продукции) и производится сравнение с расчетным значением дебита скважины. Когда по результатам измерений фактический объем добытой жидкости сравняется с заданным значением, по утвержденному режиму эксплуатации скважины, с блока управления 23 через канал управления 24 подается управляющий сигнал на частотный регулятор тока 10, с указанием уменьшенного значения частоты тока и значения отрезка времени, в течение которого будет поддерживаться эта частота тока. При этом снижается частота тока для уменьшения скорости вращения ротора в насосе 3 и достигается изменение направления течения в перепускном трубопроводе 7 за счет периодического изменения подачи насоса 3 при регулировании частоты вращения ротора насоса 3. Так известно, что уменьшение частоты тока с помощью частотного регулятора 10 приведет к уменьшению частоты вращения ротора электропривода 9 и соответственно это приведет к уменьшению частоты вращения ротора в насосе 3. При этом уменьшится подача насоса 3, и уменьшится скорость истечения через сопло 5 в струйном аппарате. При этом давление на выходе камеры смешения 6 уменьшится, что приведет к закрытию обратного клапана 15. Поскольку обратный клапан 15 переведен в закрытое положение, жидкость из сопла 5 струйного аппарата начнет поступать в перепускной трубопровод 7, где направление течения изменится на противоположное направление. В нижней части перепускного трубопровода 7 установлен сетчатый фильтр 16 для удержания крупных твердых частиц. Реверсивный поток в перепускном трубопроводе 7 позволит очистить каналы сетчатого фильтра 16 и исключит возникновение на забое 8 плотных слоев из песка и других механических примесей, которые поступают из продуктивного пласта 18 через перфорационные отверстия 17 на забой 8 скважины 1.
Когда истекает отрезок времени для работы насоса 3 при пониженной частоте тока, с блока управления 23 через канал управления 24 подается управляющий сигнал на частотный регулятор тока 10. Таким образом, по поступившему сигналу, через определенный отрезок времени, увеличивают частоту тока до исходного значения, с помощью частотного регулятора тока 10. Это приведет к увеличению частоты вращения ротора электропривода 9 и соответственно это приведет к увеличению частоты вращения ротора в насосе 3. При этом увеличится подача насоса 3, и увеличится скорость истечения через сопло 5 в струйном аппарате. При этом давление на выходе камеры смешения 6 увеличится, что приведет к открытию обратного клапана 15. Поток из сопла 5 струйного аппарата направлен через обратный клапан 15 в колонну насосно-компрессорных труб 2 и далее на устье скважины 1 в трубопровод 20. За счет кинетической энергии потока на выходе из сопла 5 и в верхней части перепускного трубопровода 7 снижается давление, при этом в перепускном трубопроводе 7 формируется поток в направлении снизу-вверх. Мелкий песок и механические примеси, пройдя через каналы в сетчатом фильтре 16, выносятся потоком жидкости в направлении от забоя 8 скважины 1 через перепускной трубопровод 7 в камеру смешения 6 струйного аппарата, и далее в колонну насосно-компрессорных труб 2, на устье скважины 1 в трубопровод 20. Подача насоса 3 и соответственно частота тока, питающего электропривод 9 от частотного регулятора тока 10, подбираются из условия поддержания необходимой скорости восходящего потока внутри насосно-компрессорных труб 2, а скорость потока должна быть достаточной для выноса песка и других твердых частиц. При таком подборе скорость потока должна быть больше скорости проскальзывания твердой частицы, обусловленной весом и размерами самой частицы. Таким образом, путем организации восходящего потока жидкости, обеспечивается удаление песка и механических примесей с забоя 8 скважины 1. Продолжительность работы устройства в таком режиме (и продолжительность цикла) определяется исходя из объема жидкости, поступающей в газовую (газоконденсатную) скважину. По истечении расчетного отрезка времени с помощью частотного регулятора тока 10 уменьшают частоту тока, это приведет к уменьшению частоты вращения ротора электропривода 9 и соответственно это приведет к уменьшению частоты вращения ротора в насосе 3. Цикл работы повторяется.
Газ, поступающий в скважину 1 из продуктивного пласта 18, поднимается на устье скважины 1, через кольцевое затрубное пространство между скважиной 1 и насосно-компрессорными трубами 2, и далее поступает в газопровод 19. Как в известных однотрубных системах сбора продукции скважин, газопровод 19 может быть соединен с трубопроводом 20 (на фигуре этот вариант соединения трубопроводов не показан).
Предлагаемое устройство для подъема неоднородной многофазной продукции из скважины работает следующим образом.
К электроприводу 9, например, электродвигателю переменного тока, через электрический кабель 11 передают электроэнергию от частотного регулятора тока 10. Электропривод 9 обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую энергию с вращательным движением ротора электропривода 9 и ротора насоса 3. При работе насоса 3 осуществляют откачку продукции из пласта 18 в скважину 1. В газосепараторе 4 осуществляют частичную сепарацию свободного газа от жидкости, сетчатый фильтр 12 удерживает крупные твердые частицы. Выполненные на выходе газосепаратора 4 выходные газовые каналы 13 отводят отсепарированный газ.
После газосепаратора 4 происходит поступление газожидкостной смеси с остаточным газосодержанием в насос 3 и нагнетание ее в сопло 5 струйного аппарата.
За счет кинетической энергии потока, проходящего через сопло 5, осуществляют откачку струйным аппаратом продукции скважины из затрубного пространства в насосно-компрессорные трубы 2.
Поток из сопла 5 струйного аппарата направлен через обратный клапан 15 в колонну насосно-компрессорных труб 2 и далее на устье скважины 1 в трубопровод 20. За счет кинетической энергии потока на выходе из сопла 5 и в верхней части перепускного трубопровода 7 снижается давление, при этом в перепускном трубопроводе 7 формируется поток в направлении снизу-вверх. Мелкий песок и механические примеси, пройдя через каналы в сетчатом фильтре 16, выносятся потоком жидкости в направлении от забоя 8 скважины 1 через перепускной трубопровод 7 в камеру смешения 6 струйного аппарата, и далее в колонну насосно-компрессорных труб и на устье скважины 1 в трубопровод 20. Подача насоса 3 и, соответственно, частота тока, питающего электропривод 9 от частотного регулятора тока 10, подбираются из условия поддержания необходимой скорости восходящего потока внутри насосно-компрессорных труб 2, а скорость потока должна быть достаточной для выноса песка и других твердых частиц. При таком подборе режима течения скорость потока жидкости должна быть больше скорости проскальзывания твердой частицы, обусловленной весом и размерами самой частицы, погруженной в жидкость. Таким образом, при течении жидкости внутри колонны насосно-компрессорных труб 2 обеспечивается удаление песка и механических примесей с забоя 8 скважины 1. Продолжительность работы устройства в таком режиме (и продолжительность цикла) определяется исходя из объема жидкости, поступающей в газовую (газоконденсатную) скважину. Путем подбора продолжительности цикла работы и путем подбора подачи насоса 3 достигается необходимая скорость восходящего потока в трубах, обеспечивающая эффективный вынос песка и других твердых частиц с забоя 8 скважины 1. Поток воды, поступающей из продуктивного пласта 18 через перфорационные отверстия 17, делится на два потока. Первый из двух потоков направлен вверх к входу газосепаратора 4. Второй поток направлен к нижней части перепускного трубопровода 7, где установлен сетчатый фильтр 16. При этом в зоне перфорационных отверстий 17 скорость восходящего потока снижается, что способствует выпадению песка на забой 8 скважины 1. Вместе с жидкостью второго потока песок с забоя 8 откачивается через перепускной трубопровод 7 струйным аппаратом. При таком делении потока, поступающего в скважину 1 из пласта 18, в первом потоке отмечается минимальное содержание твердой фазы, что позволяет более эффективно эксплуатировать насос 3. Поскольку струйный аппарат не содержит подвижных деталей его камера смешения 6 может длительно и эффективно работать при высоком содержании песка в потоке жидкости.
В трубопроводе 20 установлен датчик расхода 21, от которого информация через канал связи 22 постоянно поступает в блок управления 23. В блоке управления 23 данная информация, о расходе в трубопроводе 20, постоянно обрабатывается и определяется объем добытой воды (или продукции), и производится сравнение с расчетным значением дебита скважины. Когда по результатам измерений фактический объем сравняется с заданным значением, по утвержденному режиму эксплуатации скважины, с блока управления 23 через канал управления 24 подается управляющий сигнал на частотный регулятор тока 10 для уменьшения значения частоты тока и значения отрезка времени, в течение которого будет поддерживаться выбранное значение частоты тока. Уменьшение частоты тока приведет к уменьшению частоты вращения ротора электропривода 9 и к уменьшению частоты вращения ротора в насосе 3. При этом уменьшится подача насоса 3 и уменьшится скорость истечения через сопло 5 в струйном аппарате. Давление на выходе камеры смешения 6 уменьшится, что приведет к закрытию обратного клапана 15. Поскольку обратный клапан 15 переведен в закрытое положение, жидкость из сопла 5 струйного аппарата начнет поступать в перепускной трубопровод 7, где направление течения изменится на противоположное направление. При этом возникает реверсивный поток, направляя поток из сопла струйного аппарата через перепускной трубопровод 7 к забою 8 скважины 1 и далее в затрубное пространство между перепускным трубопроводом 7 и внутренней стенкой скважины 1.
На выходе насоса 3 обратный клапан 14 препятствует возникновению обратного течения через проточную часть насоса 3 при его остановке. На выходе камеры смешения 6 струйного аппарата обратный клапан 15 препятствует возникновению обратного течения через колонну насосно-компрессорных труб 2.
Когда истекает отрезок времени для работы насоса 3 при пониженной частоте тока, с блока управления 23 через канал управления 24 подается управляющий сигнал на частотный регулятор тока 10. Таким образом, через определенный отрезок времени увеличивают частоту тока до исходного значения с помощью частотного регулятора 10. Это приведет к увеличению частоты вращения ротора электропривода 9 и, соответственно, к увеличению частоты вращения ротора в насосе 3. При этом увеличится подача насоса 3 и увеличится скорость истечения через сопло 5 в струйном аппарате. Давление на выходе камеры смешения 6 увеличится, что приведет к открытию обратного клапана 15. Цикл работы повторяется. Таким образом, обеспечивается необходимая скорость восходящего потока в трубах для эффективного выноса песка и других твердых частиц с забоя скважины с одновременным удалением всего объема воды, поступающей с песком из продуктивного пласта в скважину. Предлагаемые изобретения обеспечивают повышение эффективности подъема продукции из скважины и позволяют расширить область применения способа подъема неоднородной многофазной продукции из скважины при интенсивном притоке воды с песком к забою добывающей скважины, на газовых, газоконденсатных и на нефтяных месторождениях.