Способ повышения надёжности результатов циклического определения обводнённости добываемой нефти
METHOD FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF THE RESULTS OF CYCLIC DETERMINATION OF THE WATER CONTENT OF PRODUCED OIL

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано с целью получения надежной информации о характеристиках нефтесодержащего потока, добываемого из нефтяной скважины.
Известен способ определения обводненности продукции нефтяных скважин "ОХН+" [RU 2340772, МПК Е21В 47/10, опубл. 27.03.2008], заключающийся в том, что частично отсепарированную продукцию скважины, содержащуюся в вертикальном цилиндрическом сосуде, выдерживают до состояния полного отсутствия пузырькового газа и оседания пены, измеряют высоту столба жидкости (при помощи уровнемера), гидростатическое давление, на основе полученных данных производят расчет плотности жидкости и, используя значения плотностей воды и нефти, содержащихся в продукции скважины, определяют ее массовую обводненность.
Несовершенство известного способа состоит в непредусмотренности по способу технологии повышения точности обработки данных об измеряемой жидкости, регистрируемых уровнемером.
Технический результат, на достижение которого направлено использование заявляемого изобретения, заключается в повышении надежности получаемой информации, касающейся таких характеристик добываемого нефтесодержащего потока, как его обводненность, плотность и газовый фактор.
Данный технический результат достигается за счет применения авторски скомбинированного оборудования (данный комплекс соответствует заявляемой установке), предоставляющего пользователю возможность проводить его калибровку определенным способом (данный способ соответствует заявляемому способу).
Сущность изобретения заключается в том, что берется не часть потока, а весь поток полностью, происходит разделение всего потока на порции и проведение анализа всех порций отдельно, что допускает возможность подсчета среднего значения обводненности и тем самым повышает надежность полученных данных, в отличие от анализа выборочной пробы с потока.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 представлена схема установки для испытаний с обозначениями ее основных (принципиальных) конструктивных элементов, где 1 - вход, 2 - выход, 3 - сепаратор, 4 - трехходовой кран, 5 - краны подключения камеры измерительной (вентильный блок, кран шаровой первый, кран шаровой второй), 6 - кран шаровой третий, 7 - уровнемер многофазный, предназначенный для измерений уровня нефти в столбе жидкости и уровня границы раздела жидких сред, 8 - датчик гидростатического давления, 9 - расходомер газа. На фиг. 2 представлены показания уровнемера INSOL-401 для шести проб, измеренных статически, и шести проб, измеренных динамически. На фиг. 3 представлены показания уровнемера УМФ300 для одиннадцати проб, измеренных статически, и одиннадцати проб, измеренных динамически. В черных кружках показано динамическое измерение, в белых - статическое.
В основе разработки лежит идея интеграции многофазного уровнемера INSOL-401 в систему, состоящую из сепаратора (предназначенного для сепарации фаз добываемой скважинной ГЖС) и измерительной камеры, предназначенной для циклического измерения параметров нефтесодержащей жидкости, выделяемой при помощи сепаратора из ГЖС, поступающей из нефтяной скважины.
Уровнемер многофазный INSOL-401 предназначен для измерений уровня нефти (и/или др. нефтепродуктов) в столбе жидкости и уровня границы раздела жидких сред. При помощи данного уровнемера (встроенного в заявляемую установку) является возможным циклическое (для последовательно поступающих порций) определение процента обводненности добываемой нефти. Технические характеристики данного уровнемера представлены в открытом доступе на веб-сайте производителя.
Ниже излагаются материалы протокола испытаний данного уровнемера (вкл. сравнение с испытанием аналогичного устройства) на предмет пригодности к применению в составе заявляемой установки.
Замеры проводили последовательно. Заливали внутрь схемы - через вентильный блок - заранее подготовленные пробы, состоящие из вещества «Exoil» - синтетического имитатора нефти, предназначенного для проведения предварительных испытаний нефтегазового оборудования - и воды. Объемы долей обоих веществ в пробах были известны заранее. Заранее было подготовлено 5 проб (0%, 25%, 50%, 85%, 100% обводненности).
Сначала проводили статические измерения (жидкость не двигалась внутри схемы), далее включали насос H1 и проводили динамические измерения (жидкость двигалась внутри схемы).
Результаты замеров показания уровнемера INSOL-401 для шести проб, измеренных статически, и шести проб, измеренных динамически, приводятся на фиг. 2.
Точки черного цвета на схеме соответствуют измерениям, проведенным в динамическом режиме; точки белого цвета соответствуют измерениям, проведенным в статическом режиме.
За обеими крайними белыми точками расположены черные точки; в этих двух местах положения точек в парах практически совпадают (см. поясняющую таблицу ниже).
При повторном проведении работ прибор показывал практически одинаковые предыдущим значения, девиация показаний составила не более 8 единиц на точку, что соответствует десятым долям процента.
По результатам проведенного испытания можно сделать следующие выводы:
1. Способ имеет хорошую повторяемость, поскольку во второй раз для тех же проб были получены, как указано выше, почти те же самые значения.
2. Следует отметить высокую линейность показаний в статическом режиме, а также почти полную их сходимость в крайних точках для обоих режимов (т.е. при заполнении чистым «Exoil» и чистой водой показатели в динамическом и в статическом режимах были практически одинаковыми).
3. В динамическом режиме прибор давал нелинейную характеристику в диапазоне от 75 до 90%; вероятно, для данного режима это объясняется неравномерным перемешиванием воды и эксойла, взятого в малой концентрациии.
4. Повторяемость, высокая линейность показаний для обоих режимов, почти полная сходимость для двух линий доказывает практическую применимость прибора для циклического определения обводненности.
По той же методике были проведены испытания для аналогичного прибора: датчика УМФ300. В данном случае использовалось 11 специально подготовленных проб с разной обводненностью.
Графическое отображение результатов испытаний уровнемера УМФ300 для одиннадцати проб, измеренных статически, и одиннадцати проб, измеренных динамически, приводится на фиг. 3.
Результаты показывают гораздо меньшую сходимость для линий, образуемых точками, соответствующими измерениям в двух режимах. Технологическое преимущество уровнемера INSOL-401 для применения в нижеописанной установке становится после сравнения результатов испытаний очевидным.
Установка разработана в соответствии с ГОСТ 2517-2012 и ГОСТ 8.615-2013.
Принцип работы установки описывается нижеследующим образом. Рабочий цикл установки включает в себя три фазы.
1. «Фаза наполнения»
Измерительная камера нашей установки, расположенная слева от сепаратора, пуста.
Шаровой кран открыт на отходящей от сепаратора газовой (верхней) линии и закрыт на такой же нефтяной (нижней) линии.
ГЖС, проходя через сепаратор, разъединяется на газовую и жидкую фазу. Поскольку верхний кран открыт, расходомер на газовой линии, отходящей от сепаратора, считает расход газа и позже даст общий расход газа за период усреднения, каждый отрезок которого заканчивается в момент очередного достижения жидкой фазой «верхней точки» сепаратора, что происходит тогда, когда вся очередная порция газа отводится наверх.
Далее открываются вентильный блок, кран шаровой первый, кран шаровой второй, и происходит наполнение измерительной камеры нашей установки.
Уровнемер INSOL-401, установленный в верхней части измерительной камеры, по скорости наполнения емкости определяет усредненный дебит скважины по жидкости для чего заполнение должно происходить несколько раз, т.е. циклически.
2. «Фаза измерения»
При помощи того же INSOL-401 происходит замер «обводненности» столба жидкости по высоте линии раздела фаз в измерительной камере, поступившего из сепаратора; происходит также замер плотности флюида при помощи датчика гидростатического давления 8. Происходит расчет газового фактора потока с учетом показаний замеренного газа, отводящегося сверху сепаратора, дебита скважины по скорости заполнения камеры (как указано выше) и расчет обводненности потока (основное назначение уровнемера INSOL-401). Расчеты производятся при помощи программно-аппаратного комплекса небольшого размера, упакованного в бокс, установленный сверху измерительной камеры и служащий для крепления на нем снизу самого уровнемера INSOL-401. Комплекс снабжен устройством для передачи результатов расчетов на рабочее место оператора установки.
Во время проведения второй фазы все ручные шаровые краны - а также вентильный блок - закрыты.
3. «Фаза продувки»
Емкости установки (и сепаратор, и измерительная камера) наполнены.
Шаровой кран закрыт для газовой линии, отводящей газ наверх от сепаратора, и открыт для нефтяной, отходящей вниз. Открыты также вентильный блок, кран шаровой первый, кран шаровой второй, кран шаровой третий 6. Вместо ГЖС в сепаратор начинают впускать воздух, позже отводимый насосом сверху, через газовую линию сепаратора, при помощи которого и происходит вытеснение жидкости из обеих емкостей. Уровень остатка жидкости контролируется уровнемером INSOL-401.
По достижению жидкостью «нижней точки» сепаратора и после отвода воздуха весь комплекс начинает рабочий цикл заново, т.е. с первой фазы.
Помимо трех вышеописанных фаз рабочего цикла установки перед «Фазой продувки» установку можно перевести в режим настройки, т.е. калибровки данных, необходимых для корректного расчета обводненности анализируемой нефти и содержащихся в программно-аппаратном комплексе вышеупомянутого бокса, накапливающего и передающего сведения о работе уровнемера INSOL-401. Описываемый ниже порядок проведения режима настройки соответствует заявляемому способу повышения надежности результатов процесса определения обводненности добываемой нефти.
Настройка осуществляется непосредственно на скважине и производится с использованием измеряемого потока, который и пропускается для настройки через установку.
Порядок проведения режима - после каждого этапа жидкость из измерительной камеры выпускается через кран шаровой третий 6:
- кран шаровой первый, кран шаровой второй закрываются. Открывается вентильный блок, который постепенно выпускает из малой камеры воздух и впускает туда жидкость, которая поступает, как показано на фиг.1, из середины столба жидкости, находящегося в сепараторе. Производится отбор пробы от смеси, образовавшейся в сепараторе на высоте обозначения, через кран шаровой третий.
- кран шаровой второй открывается. Происходит наполнение измерительной камеры «обводненной» жидкостью снизу. Режим заполнения так же регулируется вентильным блоком. Кран шаровой второй закрывается, производится отбор пробы от смеси, образовавшейся в сепараторе на высоте обозначения через кран шаровой третий.
- кран шаровой первый открывается. Происходит наполнение измерительной камеры «обнефтенной» жидкостью сверху. Режим заполнения так же регулируется вентильным блоком. Кран шаровой первый закрывается, производится отбор пробы от смеси, образовавшейся в сепараторе на высоте обозначения через кран шаровой третий.
Пробы будут иметь разный состав потому, что берутся от смесей, поступивших в малую камеру от порций жидкости, находившихся на разных высотах жидкостного столба, выделенного в сепараторе. После отбора проб и их анализа (производимого при помощи одного - или нескольких
- из трех классических лабораторных методов: Дина-Старка, диэлькометрического или оптического) получаем 3 точки, которые могут быть «помещены» на график типа приведенного на рисунке 1. Эти три точки в качестве опорно-информирующих «загружаются» в память бокса уровнемера INSOL-401.
Для лучшего расслоения проб можно предусмотреть возможность добавления в них доз деэмульгатора, либо же возможность нагрева выносной емкости.
Достоинства способа:
1. Заявляемый способ учитывает реальный состав измеряемой ГЖС.
2. Узкодиапазонность измерений уровнемера INSOL-401, достигаемая посредством индивидуальной настройки прибора на каждую скважину, т.е. посредством применения заявляемого вышеописанного способа, включающего отбор проб с трех разных высот столба жидкости сепаратора и вычисление по данным анализа отобранных проб трех точек: «верхней» - для порции жидкости с пониженной обводненностью, в некоторых случаях эквивалентной чистой нефти, «нижней» - для порции жидкости, приблизительно эквивалентной чистой воде и «рабочей» - соответствующей «выровненной» гидравлической схеме; это положительно сказывается на точности измерений.
3. Простота способа измерения: за основу взята работа с простыми, понятными, изученными физическими процессами, без дополнительной обработки с математическими методами, которые бы добавили погрешность.
4. Малые габариты оборудования, то есть технология может быть «односкважинной», и относительно низкая его себестоимость (стоимость производства).
Таким образом, благодаря заявляемым вышеописанным установке и способу повышения точности процесса определения обводненности нефти данный процесс может проводиться циклически, с высокой степенью надежности получаемых результатов.