УСТАНОВКА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ РАБОЧИХ АГЕНТОВ В ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ
INSTALLATION FOR STORAGE AND DOSED SUPPLY OF WORKING AGENTS TO PRODUCTIVE FORMATION

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, предназначенному для хранения и дозированной подачи (закачки) рабочих агентов в углеводородосодержащие продуктивные пласты трудноизвлекаемых запасов (ТрИЗ) углеводородов, включая продуктивные пласты нефтяных, нефтеносных и газоносных сланцевых плеев.
В настоящее время для повышения добычи трудноизвлекаемых запасов (ТрИЗ) углеводородов в жидком и/или в газообразном состоянии все чаще используют технологии, основанные на различных (химических, термохимических, термобарохимических, термохимокаталитических и пр.) воздействиях на продуктивный пласт, дозированной закачкой в него через колонну теплоизолированных насосно-компрессорных труб широкого спектра рабочих агентов, наличие которых в продуктивном пласте способствует повышению нефтеотдачи. Нередко для решения этой задачи используются рабочие агенты, непосредственный контакт которых в процессе их доставки в продуктивный пласт крайне нежелателен, так как в результате их контакта происходят химические реакции, вызывающие, негативные последствия, например, взрыв. Поэтому для реализации современных технологий добычи ТрИЗ углеводородов необходимо наличие оборудования, гарантированно обеспечивающего, наряду со строго дозированной подачей рабочих агентов, безопасность проведения регламентированных технологическим процессом работ. Для решения данных задач и предназначена заявленная в качестве изобретения установка.
Из уровня техники известно, что для подачи рабочих агентов в продуктивный пласт используется довольно широкая гамма оборудования.
Так, например, известна установка для приготовления и закачки в скважину многокомпонентных технологических систем, состоящая из двух модулей-блоков - блока приготовления растворов и насосного блока.
Блок приготовления растворов состоит из емкости смесительной, оснащенной манометром и датчиком уровня, емкости со шнековым дозатором для полиакриламида, эжекторного смесителя для получения водного раствора полиакриламида и эжекторного смесителя для получения раствора глинопорошка или древесной муки, поступающих из емкости со шнековым дозатором. Эжекторные смесители соединены трубопроводами со шнековыми дозаторами, а также с источником воды из системы поддержания пластового давления.
Насосный блок установки состоит из емкости для сшивателя, связанной трубопроводом, снабженным насосом, с внешней емкостью. Емкость для сшивателя соединена трубопроводом через дозировочный насос с первым входом нагнетательного насоса. Выход нагнетательного насоса соединен трубопроводом, снабженным расходомером и манометром, со скважиной. Второй вход нагнетательного насоса соединен трубопроводом с выходом емкости смесительной.
Для работы установки заполняют бункер шнекового дозатора полиакриламидом, емкость для сшивателя заполняют ацетатом хрома до необходимого уровня, который контролируют по датчику уровня. При включении оборудования начинается подача воды из системы поддержания пластового давления на эжекторный смеситель, куда поступает также из дозатора сыпучий полиакрил амид. Из эжекторного смесителя компоненты поступают в смесительную емкость, где происходит их перемешивание, после завершения которого полученный раствор насосом направляется в нагнетательный насос. Туда же поступает сшиватель (ацетат хрома) и полученная смесь закачивается в скважину. Время закачки контролируется таймером. По окончании процесса закачки сшитой полимерной системы отключается все насосно-дозирующее оборудование, кроме нагнетательного насоса, в который осуществляется подача чистой воды для обеспечения продавливания закачанной полимерной системы в продуктивный пласт. В случае необходимости закачки в скважину волокнисто-дисперсных систем на основе глинопорошка или древесной муки, сыпучий компонент поступает из шнекового дозатора в эжекторный смеситель, где смешивается с водой, после чего раствор поступает к нагнетательному насосу, который осуществляет нагнетание его в скважину. По окончании закачки одного сыпучего компонента (например, древесной муки) отключается шнековый дозатор и в скважину поступает чистая вода. Для закачки другого рабочего агента, например, глинопооршка, бункер шнекового дозатора заполняют глинопорошком, настраивают его дозатор на заданное количество глинопорошка, смешивают его с водой, после чего начинают закачку в скважину суспензии глинопорошка.
(см. патент РФ №2250368, кл. Е21В 43/32, 2005 г.).
В результате анализа известной установки необходимо отметить, что ее компоновка обеспечивает дозированную закачку в скважину в заданной последовательности рабочих агентов - суспензии древесной муки, глинопорошка, полиакриламида, сшивателя, а также обеспечивает продавливание закачиваемых компонентов водой в продуктивный пласт, то есть данная установка выполняет достаточное количество функций.
Однако, установка обеспечивает приготовление и подачу компонентов и их смесей, которые не являются химически активными друг по отношению к другу или являются таковыми, но их реакции не приводят к негативным последствиям. Как отмечено в описании, данная установка осуществляет приготовление и закачку в пласт рабочих агентов, обеспечивающих изоляцию продуктивного пласта, но не повышение его нефтеотдачи, то есть, закачиваемые с ее использованием компоненты решают противоположную задачу по отношению к разработанной и заявляемой в качестве изобретения установке.
Известна установка для приготовления и закачки в скважину рабочих агентов (растворов химреагентов), скомпонованная по модульному принципу и включающая следующие модули: модуль приготовления полимерного раствора; модуль загрузки и дозирования сухих сыпучих химреагентов; модуль подачи глинопорошка; модуль загрузки и дозирования жидких химреагентов; модуль нагнетательного насоса.
Модуль подачи глинопорошка включает бункер со шнековым питателем, подведенным к емкости смесительной модуля приготовления полимерного раствора.
Модуль загрузки и дозирования сухих сыпучих химреагентов содержит бункер полиакриламида и шнековый дозатор полиакриламида, который посредством трубопровода, в котором установлены шаровой кран и струйный насос модуля загрузки и дозирования сухих сыпучих химреагентов, подведен на вход емкости смесительной.
Модуль приготовления полимерного раствора включает трубопровод для подачи технической воды, подведенный к емкости смесительной, в который встроены краны высокого давления, манометры, струйный насос фильтр и расходомер,
Модуль загрузки и дозирования жидких химреагентов включает емкость для жидких химреагентов, насос циркуляции и закачки жидких химреагентов, емкость для жидких химреагентов, которая через кран подачи жидких химреагентов соединена через два включенных параллельно дозировочных насоса и через общий кран подачи с нагнетательной линией.
Модуль нагнетательного насоса, кроме насоса высокого давления и обратного клапана, содержит предохранительный клапан, гаситель колебаний, соединенный через кран высокого давления с емкостью смесительной, на выходе нагнетательной линии установлен манометр.
При работе установки в струйный насос после открытия шарового крана подаются в заданных пропорциях компоненты из бункера полиакриламида и бункера древесной муки. Также в емкость смесительную из бункера шнековым питателем может подаваться глинопорошок. Емкость смесительная через кислотостойкую шиберную заслонку соединена с нагнетательной линией. В случаи необходимости добавления в смесь жидких химреагентов, включается модуль загрузки и дозирования жидких химреагентов. После закачки жидких химреагентов открывается кран циркуляции, в результате жидкие химреагенты циркулируют, перемешиваясь в емкости. Для их подачи в нагнетательную линию включаются один из параллельно установленных дозировочных насосов и общий кран подачи.
В нагнетательной линии установлен насос высокого давления, который подает подготовленную смесь через обратный клапан в скважину. На выходе нагнетательной линии установлен предохранительный клапан, сбрасывающий давление при достижении им предельно допустимой величины. На выходе нагнетательной линии также установлен манометр, который выключает цепь питания насоса при достижении давления предельно допустимого давления, (см. патент РФ на полезную модель №129550, кл. Е21В 41/00 2013 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известной установки необходимо отметить, что ее модульная конструкция позволяет комплектовать установку только теми модулями, которые будут использоваться при работе на конкретной скважине, причем конструкция обеспечивает дозированное приготовление широкого спектра композиций рабочих агентов - химреагентов. Однако, конструкция установки не обеспечивает дозированную закачку приготовленных композиций рабочих агентов в пласт, и, кроме того, она не может эффективно, с соблюдением всех мер безопасности, эксплуатироваться при использовании рабочих агентов, непосредственный контакт которых приводит к неконтролируемым химическим реакциям, сопровождающимся, в частности, взрывами.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка установки с обеспеченной безопасностью ее эксплуатации за счет гарантированного исключения контакта друг с другом химически активных рабочих агентов в процессе подачи их в строго заданном количестве в углеводородосодержащие продуктивные пласты ТрИЗ.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в установке для хранения и дозированной подачи рабочих агентов в продуктивный пласт, включающей модули для хранения и подачи рабочих агентов, каждый из которых содержит емкость для рабочего агента, выход которой подведен на вход насосного блока, соединенного выходным трубопроводом с подающим трубопроводом, подсоединенным к входу насоса высокого давления, выход которого посредством нагнетательного трубопровода имеет возможность соединения с колонной насосно-компрессорных труб, размещенных в скважине и в зоне продуктивного пласта, новым является то, что установка оснащена модулем для хранения и дозированной подачи воды, содержащим емкость для воды, выход которой подведен на вход насосного блока, соединенного выходным трубопроводом с подающим трубопроводом, в выходном трубопроводе каждого модуля и в нагнетательном трубопроводе размещен управляемый обратный клапан, выходные трубопроводы модулей подсоединены к подающему трубопроводу параллельно, при этом выходные трубопроводы модулей для хранения и дозированной подачи рабочих агентов подсоединены к подающему трубопроводу между выходным трубопроводом модуля для хранения и дозированной подачи воды и насосом высокого давления.
Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлена схема заявленной установки.
Установка для хранения и дозированной подачи рабочих агентов в продуктивный пласт скомпонована, как и в указанных выше аналогах, по модульному принципу и включает модуль хранения и дозированной подачи воды, а также, как минимум, два модуля хранения и дозированной подачи рабочих агентов, например, перекиси водорода и метанола. Для специалистов известно, что при контакте перекиси водорода и метанола при определенных температурах и концентрациях перекиси водорода образуется взрывоопасная смесь, что может привести к аварии на скважине. Поэтому конструкция установки должна обеспечить их раздельную закачку в продуктивный пласт и гарантированно исключить возможность их контакта в процессе закачки.
Естественно, что количество рабочих агентов, используемых в технологиях нефтедобычи и непосредственный контакт которых крайне нежелателен, может быть и более двух, поэтому количество модулей для рабочих агентов может быть различным. В настоящей заявке описание установки раскрыто на примере наличия в ее составе трех модулей - один для воды и два для рабочих агентов, в качестве которых используются перекись водорода и метанол, что, естественно, не означает, что количество модулей для рабочих агентов не может быть иным.
Один из модулей установки включает емкость 1 для хранения воды, а два других емкости 2 и 3 для хранения рабочих агентов, соответственно, перекиси водорода и метанола. Каждая емкость изготовлена и эксплуатируется с соблюдением всех требований к закачке, хранению и выдаче помещаемого в нее рабочего агента или воды. Данные требования хорошо известны специалистам.
На вход каждой емкости (1, 2, 3) подведена линия для закачки в нее воды или рабочего агента, выполненная в виде трубопроводов, соответственно, 4, 5, 6, в которые встроены насосы, соответственно, 7, 8, 9. Каждая емкость оснащена дренажным трубопроводом, соответственно 10, 11, 12, предназначенным для обслуживания емкостей.
Каждая емкость оснащена датчиками температуры 13 и уровня 14 помещенного в них рабочего агента или воды, а также клапанами 15 предельного давления.
К емкости 3 подведена линия для сообщения ее с азотной рампой 16. В данной линии установлена задвижка 17.
На выходе каждой емкости установлены задвижка 18 и фильтр 19. Выход каждой емкости сообщен с насосным блоком, выполненным в виде двух включенных параллельно насосов подпора 20 и 21, для обеспечения подпора рабочего агента или воды в насос высокого давления. На входе и выходе каждого из насосов установлены вентили 22 и 23 (для отсечки насосов при их работе, обслуживании или замене), а выход каждого насосного блока посредством своего выходного трубопровода 24 подсоединен к подающему трубопроводу 25, то есть, выходные трубопроводы модулей подсоединены к подающему трубопроводу параллельно.
В каждом выходном трубопроводе 24 установлены датчик давления 26 рабочего агента (воды) и управляемый обратный клапан 27 (гидрозатвор).
Подающий трубопровод 25 подсоединен к входу насоса высокого давления 28, выход которого посредством нагнетательного трубопровода 29 соединен с колонной опущенных в скважину в зону продуктивного пласта теплоизолированных насосно-компрессорных труб (не показаны).
В нагнетательном трубопроводе 29 установлены датчик давления 30, расходомер (дозатор) 31, а также управляемый обратный клапан 32 (гидрозатвор).
Вся используемая для комплектования установки запорно-регулирующая арматура является известной и используется по прямому назначению.
Работа установки осуществляется в автоматическом режиме, для чего она оснащается системой управления (АРМ оператора - не показано).
Установка для хранения и дозированной подачи рабочих агентов в продуктивный пласт работает следующим образом. Работу установки рассмотрим на примере закачки двух рабочих агентов - перекиси водорода и метанола, а также воды в продуктивный пласт ТрИЗ углеводородов.
Для работы установки ее емкости 1, 2, 3 по трубопроводам, соответственно, 4, 5, 6, посредством насосов, соответственно, 7, 8, 9, заполняют заданным количеством рабочих агентов и воды. Емкость 3 при открытой задвижке 17 дополнительно заполняют азотом из азотной рампы 16 для исключения образования взрывоопасной смеси паров метанола и воздуха.
Исходное состояние установки: емкости 1,2 и 3 заполнены.
Задвижки 18 и вентили 22 и 23 всех модулей - закрыты.
Для закачки рабочего агента - перекиси водорода водят в работу модуль перекиси водорода, которым заполнена емкость 2. Для этого открывают задвижку 18, вентили 22 и 23 и включают насос подпора 20 или 21 насосного блока, соединенного с выходом емкости 2 модуля. При работе насосного блока включен только один насос подпора. Второй насос является резервным. Включают насос высокого давления 28. При включенном насосе подпора, закачиваемый им из емкости 2 рабочий агент поступает под давлением в выходной трубопровод 24 данного модуля. При превышении давления в выходном трубопроводе 24 по отношению к давлению в подающем трубопроводе 25, управляемый обратный клапан 27 (гидрозатвор) данного модуля открывается под действием давления в выходном трубопроводе 24. В результате рабочий агент - перекись водорода из емкости 2 через открытую задвижку 18 и фильтр 19 насосным блоком через выходной трубопровод 24 закачивается в подающий трубопровод 25, подводится на вход насоса высокого давления 28 и далее, по нагнетательному трубопроводу 29, через управляемый обратный клапан (гидрозатвор) 32 (который открывается за счет превышения давления в нагнетательном трубопроводе 29 по отношению к давлению в колонне насосно-компрессорных труб) подается в колонну насосно-компрессорных труб и далее - в продуктивный пласт.
Управляемые обратные клапаны 27 модулей воды и метанола при этом закрыты и надежно заперты за счет более высокого давления в подающем трубопроводе 25 по сравнению с давлением в выходных трубопроводах 24 данных модулей.
В процессе подачи рабочего агента насосный блок и насос высокого давления работают «в паре», при этом, насосный блок создает в подающем трубопроводе 25 на входе насоса высокого давления 28 подпор перекачиваемой им среды, что исключает несанкционированное открывание управляемых обратных клапанов 27 других модулей и обеспечивает работу насоса высокого давления 28 в оптимальном режиме. Давление рабочего агента в процессе его закачки в выходном и нагнетательном трубопроводах контролируется датчиками давления 26 и 30.
После завершения операции закачки заданного объема перекиси водорода (определяется по показаниям расходомера (дозатора) 31), включают в работу модуль хранения и дозированной подачи воды. Работа данного модуля аналогична описанной выше работе модуля хранения и дозированной выдачи перекиси водорода: открывают задвижку 18, вентили 22 и 23 данного модуля, включают насос подпора 20 или 21, насосного блока, соединенного с выходом емкости 1. При работе насосного блока данного модуля включен только один насос. Второй насос является резервным.
Выключают насос подпора 20 или 21, закрывают вентиль 23 модуля хранения и дозированной подачи перекиси водорода. При превышении давления в выходном трубопроводе 24 модуля хранения и дозированной подачи воды по отношению к давлению в подающем трубопроводе 25, управляемый обратный клапан 27 (гидрозатвор) модуля хранения и дозированной подачи воды открывается, и вода нагнетается в подающий трубопровод 25.
Управляемые обратные клапаны 27 модулей хранения и дозированной подачи перекиси водорода и метанола при этом будут гарантированно закрыты за счет более высокого давления в подающем трубопроводе 25 по сравнению с давлением в выходных трубопроводах 24 данных модулей.
В процессе работы модуля, вода насосным блоком данного модуля из емкости 1 через выходной трубопровод 24 и подающий трубопровод 25 поступает к насосу высокого давления 28, которым закачивается по нагнетательному трубопроводу 29 в колонну насосно-компрессорных труб и в продуктивный пласт скважины.
Перемещаясь по подающему трубопроводу, насосу высокого давления, нагнетательному трубопроводу вода полностью вытесняет из них остатки перекиси водорода перед началом следующего цикла - закачки рабочего агента - метанола.
Нетрудно заметить, что весьма существенным для достижения указанного технического результата является порядок их параллельного подключения к подающему трубопроводу выходных трубопроводов модулей. Так как модуль хранения и дозированной подачи воды, по отношению к модулям рабочих агентов наиболее удален от насоса высокого давления, в подающем трубопроводе при прокачке через него воды, полностью исключается появление застойных зон, в которых может накапливаться рабочий агент, в результате от остатков рабочего агента полностью очищаются трубопроводы и насос высокого давления. В результате установка полностью подготовлена к закачке в продуктивный пласт второго рабочего агента (метанола), которая осуществляется аналогично закачке первого рабочего агента (перекиси водорода), после чего, аналогично описанному выше, снова осуществляется закачка воды.
Далее цикл работы установки повторяется до тех пор, пока не будут доставлены в продуктивный пласт все рабочие агенты.
При нештатной остановке насоса высокого давления 28, давление рабочей среды в колонне насосно-компрессорных труб может превысить давление в нагнетательном трубопроводе 29, в результате управляемый обратный клапан (гидрозатвор) 32 закроется и предотвратит перетекание рабочего агента (или) воды из колонны насосно-компрессорных труб в нагнетательный трубопровод 29. При этом система управления установкой выключает насос подпора 20 или 21 и закрывает вентиль 23 модуля, при работе которого произошла нештатная ситуация.
После устранения причины нештатного останова насоса высокого давления, может быть продолжен предыдущий цикл процесса закачки рабочего агента или включен цикл закачки заданного объема воды.
Алгоритмы закачки рабочего агента или воды описаны выше.
Введение в комплектацию модулей управляемых обратных клапанов (гидрозатворов) 27 в отличии от неуправляемых (например, пружинных) обратных клапанов, позволяет гарантированно исключить обратные потоки рабочих агентов из подающего трубопровода 25 в выходные 24, а также из колонны насосно-компрессорных труб - в нагнетательный трубопровод 29, а, следовательно, полностью исключить контакт рабочих агентов друг с другом в трубопроводах при их подаче в продуктивный пласт.
Конструкция установки позволяет дозированно подавать в продуктивный пласт широкий спектр рабочих агентов, гарантированно исключая их контакт друг с другом в процессе подачи в продуктивный пласт, что в полной мере обеспечивает безопасность эксплуатации скважины.