СИСТЕМА ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ЗАКАЧКИ ВОДЫ В ПЛАСТ

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к системе транспортировки и закачки воды в пласт.
Известна система транспортирования и закачки воды в пласт (см. Учебное пособие «Эксплуатация систем поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений», авт. Зейгман Ю.В., Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007, с.179-183), включающая источник водоснабжения, магистральный низконапорный водовод, приемный водовод насоса кустовой насосной станции, насос кустовой насосной станции, выкидной водовод насоса кустовой насосной станции, блок гребенки, высоконапорные водоводы, нагнетательные скважины. Эта система принята нами за аналог и наиболее близкий аналог.
Известная система транспортирования и закачки воды в пласт имеет следующие недостатки:
- значительное увеличение энергетических затрат на осуществление технологии при регулировании закачки воды способом дросселирования на выкидном водоводе насоса кустовой насосной станции;
- коэффициент полезного действия (КПД) насоса кустовой насосной станции существенно уменьшается при работе в режиме, отличного от оптимального, и значительно уменьшается в режиме, отличного от номинального;
- снижение надежности и долговечности насоса кустовой насосной вследствие непостоянства (часто меняющихся) режимов работы насоса.
Техническими задачами предлагаемого изобретения являются снижение энергетических затрат на закачку воды в нагнетательные скважины насосом КНС за счет его работы в оптимальном/номинальном режиме, повышение надежности и долговечности работы насоса КНС за счет стабильности режимов его работы.
Техническая задача решается системой транспортирования и закачки воды в пласт, включающей источник водоснабжения, состоящий из очистных сооружений и насоса, магистральный водовод с датчиком давления, приемный водовод с задвижкой и выкидной водовод насоса кустовой насосной станции с регулируемой задвижкой и расходомером, блок гребенки, высоконапорные водоводы, нагнетательные скважины.
Новым является то, что в системе транспортирования и закачки воды в пласт выкидной водовод насоса кустовой насосной станции сообщен дополнительным водоводом с магистральным водоводом через регулятор расхода, при этом через программируемый контроллер регулятор расхода функционально связан с расходомером выкидного водовода, а регулируемая задвижка функционально связана с датчиком давления магистрального водовода, при этом приемный водовод насоса кустовой насосной станции дополнительно снабжен редукционным клапаном.
На чертеже представлена технологическая схема системы транспортирования и закачки воды в пласт.
Она содержит источник водоснабжения 1, состоящий из очистных сооружений 2 и насоса 3 очистных сооружений 2, магистральный водовод 4 с датчиками давления 5, 6, приемный водовод 7 с задвижкой 8 и выкидной водовод 9 насоса 10 кустовой насосной станции 11 с регулируемой задвижкой 12 и расходомером 13, блок гребенки 14, высоконапорные водоводы 15, 16, 17, нагнетательные скважины 18, 19, 20, 21, 22, 23. Выкидной водовод 9 насоса 10 кустовой насосной станции 11 сообщен дополнительным водоводом 24 с магистральным водоводом 4 через регулятор расхода 25, при этом регулятор расхода 25 функционально связан с расходомером 13 выкидного водовода 9, а регулируемая задвижка 12 функционально связана с датчиком давления 6 магистрального водовода 4 через программируемый контроллер 26, при этом приемный водовод 7 насоса 10 кустовой насосной станции 11 дополнительно снабжен редукционным клапаном 27. Насос 3 очистных сооружений 2 оснащен регулируемым приводом 28.
На магистральном водоводе 4 достаточно одного датчика давления 5 или 6, однако вследствие удаленности источника водоснабжения 1 и кустовой насосной станции 11 (для снижения затрат на телемеханику) магистральный водовод 4 оснащен двумя датчиками давления 5 и 6. Датчик давления 5 территориально принадлежит источнику водоснабжения 1 и функционально связан с регулируемым приводом 28, а датчик давления 6 территориально принадлежит кустовой насосной станции 11 и функционально связан с регулируемой задвижкой 12, также размещенной на территории кустовой насосной станции 11.
Схема работает следующим образом (см. чертеж). Включают насос 3 очистных сооружений 2 и насос 10 кустовой насосной станции 11. Насос 3 очистных сооружений 2 отбирает воду с очистных сооружений 2 и по магистральному водоводу 4 подает воду на приемный водовод 7 с задвижкой 8 и редукционным клапаном 27. При этом задвижка 8 полностью открыта, а редукционный клапан 27 сохраняет (стабилизирует) постоянным значение давления на приеме насоса 10 кустовой насосной станции 11. Насос 10 кустовой насосной станции 11 по выкидному водоводу 9 через регулируемую задвижку 12, расходомер 13, блок гребенки 14 и высоконапорные водоводы 15, 16, 17 закачивает воду в нагнетательные скважины 18, 19, 20, 21, 22, 23, при этом регулятор расхода 25 закрыт.
В случаях технологической необходимости (циклическая закачка, проведение планово-предупредительных ремонтов на нагнетательных скважинах и др.) некоторые из нагнетательных скважин 18, 19, 20, 21, 22, 23 отключаются. В этом случае регулятор расхода 25, функционально связанный с расходомером 13 выкидного водовода 9 через программируемый контроллер 26, открывается, и часть воды сбрасывается по дополнительному водоводу 24 с выкидного водовода 9 насоса 10 кустовой насосной станции 11 через регулятор расхода 25 и поступает в магистральный водовод 4 и далее через задвижку 8 и редукционный клапан 27 поступает в приемный водовод 7 насоса 10 кустовой насосной станции 11. Регулирование закачки воды на кустовой насосной станции 11 осуществляется по способу байпасирования, при этом менее энергоемкий насос 3 очистных сооружений 2 переходит (смещается) в режим, характерный для левой части характеристики насоса: более высокие давления нагнетания и уменьшение подачи (расхода) воды в приемный водовод 7 насоса 10 кустовой насосной станции 11 на величину байпасирования. При этом режим работы насоса 10 кустовой насосной станции 11 остается неизменным, а редукционный клапан 27 сохраняет (стабилизирует) постоянным значение давления на приеме насоса 10 кустовой насосной станции 11.
В случае, когда сброс воды по дополнительному водоводу 24 с выкидного водовода 9 насоса 10 кустовой насосной станции 11 через регулятор расхода 25 в магистральный водовод 4 и далее через задвижку 8 и редукционный клапан 27 в приемный водовод 7 насоса 10 кустовой насосной станции 11 становится значительным (например, более 15% от производительности насоса; точная величина определяется технико-экономическим расчетом по минимальному энергопотреблению и рабочими характеристиками насосов 10 и 3), величина давления нагнетания на насосе 3 очистных сооружений 2 становится критической, то есть режим работы насоса 3 очистных сооружений 2 становится неэкономичным (или выходит за границы паспортного рабочего диапазона). Тогда датчик давления 6, территориально принадлежащий кустовой насосной станции 11, который установлен на магистральном трубопроводе, как и датчик давления 5, (территориально принадлежащий источнику водоснабжения 1) гидравлически с ним связан, дает команду через программируемый контроллер 26 на прикрытие регулируемой задвижки 12 (для возврата насоса очистных сооружений в рабочий режим, при этом степень прикрытия задвижки определяется исходя из минимальных суммарных по насосам энергозатрат).
При оснащении насоса 3 очистных сооружений 2 регулируемьм приводом 28 режим насоса 3 очистных сооружений 2 поддерживают в оптимальной рабочей зоне. Например, при начале сброса воды по дополнительному водоводу 24 датчик давления 5 регистрирует повышение давления в магистральном трубопроводе и дает команду на регулируемый привод снизить подачу насоса 3 очистных сооружений 2.
Регулирование закачки воды на кустовой насосной станции 11 осуществляется по способу байпасирования, который энергетически выгоднее дросселирования, при этом насос 10 кустовой насосной станции 11 эксплуатируется на постоянных режимах работы. Менее энергоемкий насос 3 очистных сооружений 2 в сравнении с насосом 10 кустовой насосной станции 11 (для сравнения: усредненное потребление электроэнергии насоса 10 кустовой насосной станции 11 составляет 500-700 кВт, потребление электроэнергии насоса 3 очистных сооружений 2 составляет 50-70 кВт) переходит в режим более высоких давлений - левая часть характеристики насоса. Потери электроэнергии (кВт) на насосе 3 очистных сооружений 2 в 8-10 раз меньше потерь электроэнергии на насосе 10 кустовой насосной станции 11, если бы регулирование закачки воды на кустовой насосной станции 11 осуществлялось способом дросселирования - прикрытием регулируемой задвижки 12.
Для более эффективной работы системы транспортирования и закачки воды в пласт насос 3 очистных сооружений 2 и, особенно, насос 10 кустовой насосной станции 11, как наиболее энергоемкий, подбираются таким образом, чтобы они работали в номинальном/оптимальном режиме.
Пример конкретного выполнения.
3
Имеется система транспортирования и закачки воды в пласт. Источник водоснабжения 1 оснащен насосом ЦНС 60-198. Кустовая насосная станция 11 оснащена насосом ЦНС 63-1100. Имеется задание по закачке в нагнетательные скважины в объеме 1500 м/сут. Нагнетательные скважины 18, 19, 20, 21, 22, 23 имеют следующие характеристики:
3
3
3
3
3
3
- скважина 18 - закачка 200 м/сут при давлении закачки 10,2 МПа, скважина 19 -закачка 100 м/сут при давлении закачки 10,6 МПа, скважина 20 - закачка 310 м/сут при давлении закачки 9,6 МПа, скважина 21-закачка 290 м/сут при давлении закачки 9,6 МПа, скважина 22 - закачка 300 м/сут при давлении закачки 9,6 МПа, скважина 23 -закачка 300 м/сут при давлении закачки 9,6 МПа.
3
3
3
3
Включают насос ЦНС 60-198 очистных сооружений 2 и насос ЦНС 63-1100 кустовой насосной станции 11. Насос ЦНС 60-198 очистных сооружений 2 отбирает воду с очистных сооружений 2 и по магистральному водоводу 4 подает воду в объеме I500 м/cyт (63 м/ч) напором 180 метров и коэффициенте полезного действия насоса, равным 67% в приемный водовод 7 с задвижкой 8 и редукционным клапаном 27. При этом задвижка 8 полностью открыта, а редукционный клапан 27 сохраняет (стабилизирует) постоянным значение давления на приеме насоса ЦНС 63-100 кустовой насосной станции 11. Насос ЦНС 63-1100 кустовой насосной станции 11 по выкидному водоводу 9 через регулируемую задвижку 12, расходомер 13, блок гребенки 14 и высоконапорные водоводы 15, 16, 17 закачивает воду в нагнетательные скважины 18, 19, 20, 21, 22, 23 в объеме 1500 м/сут (63 м/ч) напором 1100 метров и коэффициенте полезного действия насоса, равным 56%, при этом регулятор расхода 25 закрыт.
3
3
3
3
3
3
В случае технологической необходимости (циклическая закачка) нагнетательная скважина 19 (100 м/сут) отключается. В этом случае регулятор расхода 25, функционально связанный с расходомером 13 выкидного водовода 9 через программируемый контроллер 26, открывается, и часть воды в объеме 100 м/сут (4,2 м/ч) сбрасывается по дополнительному водоводу 24 с выкидного водовода 9 насоса ЦНС 63-1100 кустовой насосной станции 11 через регулятор расхода 25 и поступает в магистральный водовод 4 и далее через задвижку 8 и редукционный клапан 27 поступает в приемный водовод 7 насоса ЦНС 63-1100 кустовой насосной станции 11. Регулирование закачки воды на кустовой насосной станции 11 осуществляется по способу байпасирования, при этом менее энергоемкий насос ЦНС 60-198 очистных сооружений 2 переходит (смещается) в режим, характерный для левой части характеристики насоса: более высокие давления нагнетания и уменьшение подачи воды в магистральный водовод 4 на величину байпасирования (4,2 м/ч). В этом случае менее энергоемкий насос ЦНС 60-198 очистных сооружений 2 будет иметь характеристики: подача - 58,8 м/ч, напор - 205 м, коэффициент полезного действия насоса - 64%. При этом режим работы насоса ЦНС 63-1100 кустовой насосной станции 11 остается неизменным (подача -63 м/ч, напор - 1100 м, коэффициент полезного действия насоса - 56%), а редукционный клапан 27 сохраняет (стабилизирует) постоянным значение давления на приеме насоса ЦНС 63-1100 кустовой насосной станции 11.
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
1
2
3
Закачка технологической воды, тыс. м<sup>3</sup>/год
257,5
257,5
Стоимость используемого оборудования, всего, тыс. руб.
1910,0
2270,0
в том числе:
- насосный агрегат, ЦНС 63-1100
1700,0
1700,0
- насосный агрегат, ЦНС 60-198
210,0
210,0
- водовод L=8 м, D=159х9 мм
22,0
- регулятор расхода
63,0
- редукционный клапан
29,0
- датчик давления, 2 шт.
26,0
- программируемый контроллер
80,0
- регулируемый привод
140,0
Количество проведенных капитальных ремонтов и диагностик насосу ЦНС 63-1100, шт./год
0,375
0,125
Затраты на проведение капитальных ремонтов и диагностик насосу ЦНС 63-1100, тыс. руб.
131,1
43,7
Межремонтный период работы насоса, ч
15000
22500
Потребность в капитализации средств на приобретение нового насоса ЦНС 63-1100 тыс. руб./год
497,3
331,5
Затраты энергии на закачку воды, тыс. кВт-час/год
2034,3
1725,3
Стоимость энергии на закачку воды, тыс. руб./год
2441,2
2070,4
Из таблицы видно, что при дополнительных затратах на оборудование в предлагаемой схеме (360,0 тыс. руб.) они окупаются за счет экономии электроэнергии -370,8 тыс. руб.; затраты энергии на закачку воды на 370,8 тыс. руб. (15,2%) ниже, чем по известной системе; общий годовой эффект в предлагаемой схеме в сравнении с известной схемой составит 624,0 тыс. руб.
Технико-экономическая эффективность предлагаемой системы транспортирования закачки воды в пласт достигается снижением энергетических затрат на закачку воды в нагнетательные скважины насосом КНС за счет его работы в оптимальном/номинальном режиме, повышением надежности и долговечности работы насоса КНС за счет стабильности режимов его работы.
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 воды.