Энергосберегающая технология пульсационной комплексной обработки нефтяных скважин

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПУЛЬСАЦИОННОЙ КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

В.В. КИСЕЛЕВ *, И.К. ФАЙЗУЛЛИН **, Д.А. ЕЛДАШЕВ *,

Д.В. ПРОЩЕКАЛЬНИКОВ *, А.И. ГУРЬЯНОВ *

* Казанский государственный энергетический университет ** ЗАО «КУЛОН-2»

Выбор метода воздействия на призабойную зону пласта (ПЗП) осуществляется преимущественно на основе общих физических представлений и практического опыта в виде рекомендаций. Полевые испытания не всегда способны выявить эффективные режимы, а их проведение с целью набора минимальной необходимой статистики связано с большими неоправданными затратами. Результативность полевых испытаний нефтедобывающих скважин можно повысить при отображении протекающих в них процессов и явлений математическими моделями. Стабильность технологических показателей нефтедобычи в значительной мере зависит от кинетики массообменных и интенсивности фильтрационных процессов в ПЗП. Численное моделирование этих процессов позволяет определять динамику изменения основных параметров в ходе воздействия на скважину, а также определять энергетику обработки ПЗП. В конечном счете это приводит к выбору экономически эффективных режимов и соответствующего оборудования для проведения капитального ремонта скважин (КРС).

Для восполнения пластовой энергии и повышения проницаемости пласта, в основном, применяются физические методы, доля которых составляет до 56% годовых операций [1]:

- гидро- (ГРП, ЛГРП) и газодинамические (ГДРП) разрывы пластов [2, 3];

- волновые и импульсные воздействия [5, 6, 7]: акустическое (АВ) , гидроакустическое (ГAB), вибросейсмическое (ВСВ) [4], гидроимпульсное (ГИВ), электрогидравлическое (ЭГВ) и термобарическое (ТБО);

- методы очистки ПЗ путем создания многократных депрессий [7, 8];

- перфорационные методы: щелевая, сверлящая, гидропескоструйная и кумулятивная перфорация [9], [10].

Среди множества методов обработки скважин можно выделить, как наиболее перспективный, способ мягкого неразрушающего воздействия на ПЗП путем дренирования скважины низкочастотными пульсациями давления [11]. Такое воздействие снижает энергетику обработки, совместимо с традиционными технологиями интенсификации нефтеизвлечения, такими как кислотная обработка, использование многофункциональных реагентов и ПАВ, термическая обработка и т.д.

Расчет и анализ режимов обработки скважины позволяет определить наибольшую эффективность применения каждого из методов увеличения нефтедобычи. При составлении математического описания гидродинамики пульсационного движения жидкости используется система нестационарных уравнений для всех участков транзитного тракта рабочего флюида: насоснокомпрессорных труб (НКТ), кольцевого затрубного пространства (КП), призабойной зоны (ПЗ), насосной линии и линии сброса давления с переменными давлениями

© В.В. Киселев, И.К. Файзуллин, Д.А. Елдашев, Д.В. Прощекальников, А.И. Гурьянов Проблемы энергетики, 2007 № 3-4

Р заб (* ), Рг 0 (* ) , Рр (* )’ Руст (* ) и объемными расходами: йо (*), й1 (*), й2 (*), йп (* ), й 3 (* ) • Связь между отдельными частями системы учитывается

уравнениями материального баланса.

В непрерывном режиме (рисунок, а) насос непрерывно прокачивает рабочую жидкость по круговому циклу. Расход жидкости в НКТ составляет йн = 30 40 м3/час, скорости и числа Ие соответственно равны ^нкт = 0,63 + 0,84 м/с, Кенкт =173000 ^ 230000.

Расчетами подтверждено, что в этом режиме практически не происходит движения внутри пласта. Лишь на начальном этапе, когда скважина наполняется водой до устья, часть жидкости уходит в пласт до установления равновесия.

Поэтому непрерывное движение флюида целесообразно использовать для прямой и обратной очистки зумпфа и ствола скважины.

В пульсационном режиме (рисунок, б) происходит знакопеременное движение жидкости в прямом (при нагнетании) и обратном (при сбросе давления) направлениях. При резком изменении давления на этапе сброса жидкость вскипает [12], что повышает эффективность очистки зумпфа и ПЗП.

Знакопеременное движение приводит к возникновению нестационарных перетоков между трещинами и блоками пласта, что создает условия для разблокирования зон загрязнения, целиков, насыщенных нефтью и пластовой водой [13].

В пульсационном режиме с протоком (рисунок, а) жидкость движется в одном направлении через байпасную линию как при нагнетании, так и сбросе давления, обеспечивая, тем самым, одновременно эвакуацию продуктов загрязнения зумпфа и обработку призабойной зоны.

а) б)

Рис. Пульсационный режим: а) с протоком; б) без протока

Как показывают расчеты, в ходе пульсации происходит изменение направления движение жидкости: из скважины в пласт на этапе нагнетания и из пласта в скважину на этапе сброса давления (депрессия). Подбор времени нагнетания Т1 позволяет выбрать режим, при котором количество жидкости, выходящее из пласта будет больше, чем входящее в пласт. В связи с этим становится возможным

© Проблемы энергетики, 2007 № 3-4

одновременно обрабатывать ПЗП и эвакуировать продукты загрязнения из призабойной зоны пласта на поверхность.

Динамика изменения давления Рп1 (t) и расхода Qni (t) центробежного насоса позволяет рассчитать энергетические затраты для различных режимов дренирования. Для расчетов использовались аналитические выражения

характеристик для центробежных насосов вида:

Рн Ш

йар1

где P0pt, Q0pt - параметры насоса; значение А=0,7 [14].

Средняя мощность за период колебания вычисляется согласно соотношению 1 т

Nср = -/XPni 0)• Qni 0)* ,

Т 0 i

где I- номер насосного агрегата; Т- период пульсаций.

Соотношение (2) позволяет определять среднюю мощность при пульсационной обработке скважин в различных режимах. Результаты расчета Nср

приведены в таблице. Расчеты производились для расхода насоса Q0pt =20 м3/час,

глубины скважины Hс =1500м, равновесного пластового давления Ppl =157 атм,

времени нагнетания и сброса Т1 =100 с, Т 2 =250 с. Расчеты показывают, что средняя

мощность Nср практически не зависит от проницаемости пласта и существенно

зависит от напора насосного агрегата: в непрерывном режиме доходит до 13,5 кВт. В пульсационном режиме энергетика ниже, чем в непрерывном приблизительно в 4 раза. В режиме с протоком энергозатраты ниже на 30-40 %, чем в непрерывном.

Таблица

Энергозатраты работы насоса в зависимости от напора Popt, Qopt =20 м3/час

Давление насоса Pp , атм N ср, кВт

Пульсация Проток Непрерывный

10 1,32 4,49 5,54

15 1,70 6,44 8,15

20 2,08 8,17 10,30

25 2,47 9,65 12,08

30 3,12 11,22 13,56

Комплексная обработка нефтяных скважин может использовать все перечисленные режимы. Знание специфики каждого из них позволяет значительно расширить возможности при очистке ствола, зумпфа и обработке ПЗП. Увеличение доли пульсационной составляющей при осуществлении обработки повышает эффективность и уменьшает эксплуатационные затраты.

Summary

The choice of a method of influence on the bottomhole formation zone of a layer (PZP) is carried out mainly on the basis of the general physical representations and practical experience in the form of recommendations. Field tests are not always capable to reveal effective modes, and their carrying out with the purpose of a set of the minimal necessary statistics is connected with greater unjustified expenses. Productivity of field tests

© Проблемы энергетики, 2007 № 3-4

of oil-extracting chinks can be raised at display of processes proceeding in them and the phenomena mathematical models. Stability of technological parameters of oil extracting appreciably depends from kinetic of mass exchange and intensity offiltrational processes in bottomhole formation zone of a layer (PZP). Numerical modelling of these processes allows to define dynamics of change of key parameters during influence on a chink, and also to define power of processing PZP. Finally, it leads to a choice of economically effective modes and corresponding equipment for carrying out of major overhaul of chinks (KRS).

Литература

1. Родионов И. Интенсификация добычи нефти на месторождениях ОАО «ЛУКОЙЛ» // Нефть и капитал // Нефтеотдача. - 2002. - №5.

2. Мищенков И.С. Воздействие на нефтяные залежи и призабойные зоны продуктивных пластов.- Пермь, Редакционно-издательский отдел ППИ, 1974. -128 с.

3. Акульшин А.И. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин: Учебник для техникумов / А.И. Акульшин, В.С. Бойко. - М.: Недра, 1989. - 480 с. ISBN 5247-01400-6.

4. Трофимова Л.П., Глушенко В.Ж., Жекул В.Г. и др. Электроразрядное возбуждение акустических импульсов в условиях скважин // Нефтяное хозяйство. -2003. - № 12. - С. 28-31.

5. Универсальное оборудование для термобаровоздействия / Лаптев В.В., Еникеев М.Д., Латыпов Р.С. и др. // Каротажник. - № 47. - С. 91- 94.

6. Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. - М.: Недра, 1990. - С. 46-47.

7. Способ и устройство освоения и очистки призабойной зоны скважин импульсным дренированием: пат. 2159326 RU / Носов П.И., Сеночкин П.Д., Нурисламов Н.Б. и др. - 20.11.2000.

8. Рындин В.Н., Китманов Р.В., Тальнов, В.Б. Комплексная технология и аппаратура на кабеле для обработки призабойной зоны пласта с целью интенсификации притока // Каротажник. - № 64. - С. 62-65.

9. Стародубцева Б. А., Егоров В. И. Эффективность повой техники и технологии в добыче нефти. - М.: «Недра», 1977. - 125 с.

10. Басниев К.С. Подземная гидравлика / К.С. Басниев, А.М. Власов, И.Н. Кочина, В.Н. Максимов. - М.: Недра, 1986. - 303 с.

11. Способ и устройство освоения и очистки призабойной зоны скважин импульсным дренированием: пат. 2004129493/03 RU / Гурьянов А.И., Фассахов Р.Х., Файзуллин И. К. и др. - 29.09.2004.

12. А.с. 1700207 СССР, МКИ Е 21 В 37/00. Способ очистки скважины от отложений в процессе ее эксплуатации / Ф.Г. Велиев, Р.А. Курбанов. (СССР). -№4483064/03; заяв. 20.07.88; опубл. 23.12.91., Бюл. №47. - 2с.

13. Молокович Ю.М, Чекалин А.Н. Численное моделирование процесса взаимодействия системы блоков с системы трещин карбонатного коллектора при периодическом режиме дренирования // Труды научно-практической конференции, посвященной 50-летию открытия девонской нефти Ромашкинского месторождения, Бугульма, 25-26 ноября 1997. - С.122-125 / Казань: Новое Знание, 1998. - 360 с.

14. Информационный сборник насосного оборудования.

ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991.

Поступила 16.11.2006

© Проблемы энергетики, 2007 № 3-4