Освоение скважин при помощи струйных насосов на восточно-северском месторождении. Перспективы развития гидроструйного способа добычи нефти
 Скачать 2.61 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институтприродных ресурсов Направление подготовки 21.03.01 «Нефтегазовое дело» Кафедра геологии и разработки нефтяных месторождений Профиль (специализация) «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти» БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА Тема работы Перспективы развития гидроструйного способа добычи нефти УДК 622.276.53:621.694.31 Студент Группа ФИО Подпись Дата 3-2Б33Т Салявин Александр Эдуардович Руководитель Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Старший преподаватель Пугачов Евгений Вячеславович КОНСУЛЬТАНТЫ: По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент Вазим Андрей Александрович к.э.н. По разделу «Социальная ответственность» Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент Гуляев Милий Всеволодович к.х.н ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ: Зав. кафедрой ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент Чернова Оксана Сергеевна к.г.-м.н. Томск – 2017г 2 РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа 80 с., 26 рис., 9 табл., 18 источников литературы, 1 приложение. Объектом исследований является технология гидроструйной эксплуатации низкодебитных скважин с осложненными условиями работы. Ключевые слова: гидроструйный способ, бездействующие скважины, малодебитный фонд, силовая станция, пласт,нефть,дебит,КВД. Целью данной выпускной квалификационной работы является анализ эксплуатации нефтяных скважин установками гидроструйных насосов и эффективность применения гидроструйного способа добычи нефти. В работе изложены основные факторы, осложняющие добычу нефти, рассмотрен принцип действия струйного насоса. В процессе исследования дан сравнительный анализ энергетических характеристик УЭЦН и гидроструйного насоса при откачке газожидкостных смесей; показано, как осуществляется подбор оборудования для совершенствования системы добычи нефти при гидроструйном способе эксплуатации; указаны преимущества и недостатки установки гидроструйных насосов. В результате работы проведен сбор, обобщение, переработка информации. Проведен анализ эффективности работы гидроструйных насосов и возможностей совершенствования способа добычи нефти с помощью струйных насосов на примере Красноленинского месторождения. Также в работе сделаны выводы о том, что гидроструйный способ эксплуатации является перспективным, вследствие меньшей чувствительности струйных насосов к неблагоприятным факторам. 3 Список сокращений УЭЦН – установки электроцентробежных насосов; УШСН − установки штанговых скважинных насосов; УЭОС − устройство эксплуатации и освоения скважин; ГСН− гидроструйный насос; ГСЭ− гидроструйный способ эксплуатации; СНУ− струйная насосная установка; ППД− поддержание пластового давления; ПЗП− призабойная зона пласта; НКТ− насосно-компрессорные трубы; КВД− кривая восстановления давления; КИП− контрольно-измерительный пункт; МРП− межремонтный период; КПД− коэффициент полезного действия; АГЗУ− автоматизированная групповая замерная установка; ЧРФ− часто ремонтируемый фонд; НГДУ− нефтегазодобывающее управление. 4 Оглавление ВВЕДЕНИЕ 8 1.ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА НЕФТЕДОБЫЧИ………………………………………………………………….10 1.1Общая характеристика способов добычи…………………………………….10 1.2 Факторы, осложняющие процесс насосной эксплуатации нефтяных скважин ……………………………………………………………………………12 1.3 Анализ добычи нефти механизированным способом………………………12 2.ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ СТРУЙНЫХ НАСОСОВ ……………………………………………………………………….. 16 2.1 Применение струйных насосов………………………………………………16 2.2 Принцип действия струйного насоса………………………………………...19 2.3 Применение струйных насосов при освоении и эксплуатации скважин….20 2.3.1 Типы струйных аппаратов освоения скважин и добычи нефти………….22 2.4 Струйная насосная установка………………………………………………..29 2.5 Методика расчета гидроструйного насоса…………………………………..31 2.5.1Типовая схема компоновки лифта………………………………………….32 2.5.2Схема обвязки наземного оборудования…………………………………..33 2.5.3 Выбор допустимой величины депрессии на пласт……………………….34 2.5.4 Расчет гидроструйной насосной установки для эксплуатации скважины35 3.ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГИДРОСТРУЙНОГО СПОСОБА ДОБЫЧИ НЕФТИ……………………………………………………………………………..38 3.1 Эксплуатации скважин пакерными установками гидроструйных насосов 38 3.2 Эксплуатации скважин беспакерными установками гидроструйных насосов с двухрядным лифтом……………………………………………………………..40 3.3 Схема силовой мини-станции с приводом от ЭЦН…………………………43 3.4 Перспективы развития гидроструйного способа добычи нефти…………...45 3.5 Подбор оборудования для совершенствования системы добычи нефти…..55 3.6 Преимущества и недостатки установки гидроструйных насосов………….61 5 4.РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ……………….64 4.1Экономическая оценка эффективности применения струйных насосных установок…………………………………………………………………………..64 5.СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ………………………………………66 5.1Производственная безопасность…………………………………………….. 66 5.2. Экологическая безопасность……………………………………………….. 72 5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………..74 5.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности………79 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………….. 81 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ …………………………….82 Приложение А Оценка технологической и экономической эффективности способов эксплуатации……………………………………………………………84 6 Введение Российская Федерация является крупнейшим производителем нефти и входит в число трех стран мира с наибольшим уровнем годовой добычи. Предприятия нефтяного комплекса совместно с другими отраслями топливно- энергетического комплекса составляют основу жизнеобеспечения всех отраслей экономики России. Положение дел в комплексе является крайне неблагополучным. Имеется устойчивая тенденция к снижению объема добычи нефти и нефтепродуктов, что может привести к необратимым изменениям в энергетическом балансе страны. Главной причиной снижения показателей добычи нефти является то, что имеющиеся в настоящее время мощности нефтедобывающих предприятий не соответствуют изменившейся структуре разведанных запасов. Доля трудноизвлекаемых запасов достигает 55-60% и продолжает расти. Более 70% запасов нефтяных компаний находится на грани рентабельности. Свыше трети разрабатываемых нефтяными компаниями запасов имеют обводненность более 70%. Добыча нефти ведется в осложненных условиях. К осложняющим факторам относятся : отложением солей, парафинов, гидратов, вынос песка, высокая температура пластовых жидкостей, большие значения газовых факторов и давления насыщения, вязкость нефтей. Осваивать такие месторождения очень сложно, необходимо вкладывать большие средства. При Осваивая новые месторождения, увеличивают число скважин и глубину бурения. Так как механизированный фонд скважин растет, следовательно увеличиваются затраты на ремонт. Основной объем добычи нефти приходится на северные районы, для которых характерны сложные природно-климатические условия. Поэтому погружное оборудование для добычи нефти должно быть надежным, его межремонтный период увеличен, оно должно работать при повышенных температурах, откачивать жидкости с высоким содержанием свободного газа, механических примесей, откачивать из скважин вязкую и сверхвысоковязкую жидкость. 7 На протяжении многих лет в отечественной нефтяной промышленности основной фонд добывающих скважин эксплуатируется при помощи установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) и установок штанговых скважинных насосов (УШСН), но в настоящее время эксплуатация малодебитного фонда скважин, причем в осложняющих условиях, привела к тому, что наработка на отказ погружного насосного оборудования значительно снижается. Скважины с низким дебитом порой не удаётся освоить традиционным насосным оборудованием, и они уходят в бездействие. Одним из наилучших способов эксплуатации скважин в осложнённых условиях является добыча нефти установками погружных гидроструйных насосов (ГСН). Струйные насосы широко применяются в различных отраслях народного хозяйства. Насосы имеют простую конструкцию, нет движущихся частей. Они очень надежные, могут работать в сложных условиях. Целью данной выпускной квалификационной работы является анализ эксплуатации нефтяных скважин установками струйных насосов. Задачи исследования: пути совершенствования применяемых технологий освоения скважин; анализ конструкций струйных аппаратов, позволяющих повышать эффективность процессов исследования и освоения скважин; определение уровня влияния осложняющих факторов на технологические параметры и надежность эксплуатации ГСН. оценка эффективности применения разработанных технологий, реализованных на месторождении. В работе рассматриваются методы освоения скважин и добычи нефти струйными насосами, показана эффективность применения гидроструйных насосов при добыче нефти с осложненными условиями работы. Имеется большой фонд скважин, где струйные насосы имеют значительные преимущества перед другими видами оборудования, поэтому гидроструйный способ добычи нефти является одним из перспективных. 8 1. Характеристика технологического процесса нефтедобычи 1.1Общая характеристика способов добычи Добыча нефти - это процесс извлечения нефти на поверхность земли. Для этого используется сила давления, естественного или создаваемого искусственно. В начале эксплуатации месторождений, основным способом добычи нефти является фонтанная эксплуатация. Данный способ добычи возможен только при условии, что пластовое давление превышает давление забойное, и нефть самотеком поступает в скважину и выходит на поверхность по колонне. Этот способ один из самых менее затратных, так как для его создания необходим минимум оборудования. Но в процессе эксплуатации давление пласта падает, и эксплуатация замедляется, а иногда и прекращается. Следующим этапом развития нефтедобычи становиться механизированный способ добычи. Механизированные способы добычи являются неотъемлемой частью добычи на месторождениях поздней стадии разработки, где продуктивные пласты не обладают достаточным давлением для подъема нефти на поверхность. На одном месторождении отдельные скважины или группы скважин могут эксплуатироваться различными способами В таблице 1 приведено распределение способов добычи нефти по России. [9] Таблица 1− Распределение числа скважин и добычи нефти в зависимости от способа эксплуатации. Способ эксплуатации Число скважин, % Средний дебит, т/сут Добыча, % от общей нефти жидкости нефти жидкости фонтанный 8,8 31,1 51,9 19,5 9,3 газлифтный 4.3 35,4 154,7 11,6 14,6 УЭЦН 27,4 28,5 118,4 52,8 63,0 ШСН 59,4 3,9 11,0 16,1 13,1 Прочие 0,1 - - - - 9 Способы эксплуатации скважин и периоды их применения обосновываются в проектных документах на разработку месторождения и реализуются нефтегазодобывающими предприятиями по планам геолого- технических мероприятий. Показатели, которые составляют основу механизированного способа добычи нефти приведены в таблице 2 [7] Таблица 2 - Сравнительные возможности разных способов эксплуатации нефтяных скважин Факторы, осложняющие эксплуатацию Оборудование для подъема жидкости из скважин Штанговые Электроприводные Гидроприводные Газлифт Плунж ерные Винто- вые Центроб ежные Диафраг -менные Поршне- вые Струй- ные Море x x xx xx xxx xxx xx Пустыня xx xx x x xx xxx xx Городская зона 0 xx xx xx xxx xxx xx Одиночные скважины xxx x x x xxx xxx 0 Куст скважин x xx xx xx xxx xxx xxx Большая глубина x 0 0 0 xxx xxx xx Низкое забойное давление xxx xx xx xx xxx x x Высокая температура xx 0 0 0 xx xxx xxx Вязкая жидкость x xxx 0 0 xx xx x Коррозионная жидкость x x 0 xxx xxx xxx xx Наличие песка x 0 0 xxx x x xx Солеотложения x x x xx xx xx 0 Опасность образования эмульсии xx xx x x xxx 0 x Высокий газовый фактор x x 0 0 x xx xx Оценка работы: 0-плохо; x-удовлетворительно; xx-хорошо; xxx-отлично 10 1.2 Факторы, осложняющие процесс насосной эксплуатации нефтяных скважин К осложненным условиям относятся условия эксплуатации таких скважин, продукция которых содержит в своем составе: Большое количество пластовой или закачиваемой с поверхности при заводнении воды. Поэтому увеличивается напряженность работы применяемых насосных установок, создаются благоприятные условия для образования в различных элементах добывающей системы вязких и стойких водонефтяных эмульсий. Значительное количество свободного газа, объем которого существенно увеличивается при использовании перспективных термических методов повышения нефтеотдачи. Повышенное количество механических примесей. Большие количества водорастворимых или водонерастворимых солей. Значительное количество смолопарафиновых фракций. Высокая вязкость добываемой продукции. Факторы, которые в настоящее время относятся к осложняющим в процессе эксплуатации скважин, в ближайшем будущем станут обычными 1.3 Анализ добычи нефти механизированным способом На российских месторождениях в настоящее время эксплуатация скважин обеспечивается двумя основными механизированными способами добычи: Штанговые глубинные насосы (ШГН). Установки электроцентробежных насосов (УЭЦН) Доля УЭЦН в РФ составляет 63 % , что видно на рисунке 1, в пересчете на объемы добычи −это около 363 млн. т./год (рисунок 2). Доля СШНУ превышает 33,7 % , объемы добычи составляет свыше 100 млн. т./год. В процентном 11 отношении объем добычи УЭЦН и СШНУ в стране−70% и 20% соответственно. Рисунок 1 − Фонд действующих скважин в РФ (по состоянию на 2015г) Рисунок 2 − Объемы добычи нефти в РФ различными способами (по состоянию на 2015г в млн.т/год) Большая часть месторождений находится на последней стадии разработки, характеризующейся постоянным ростом обводненности продукции пласта, наличием трудноизвлекаемых запасов, вследствие чего происходит постоянное снижение дебитов продукции добывающих скважин. 1,8% 63% 33,7% 0,4% 1,1% Фонтанирующие ЭЦН СШНУ Газлифт Прочие 25,9/5% 362,61/ 70% 103,6/20% 5,18/1% 20,72/4% Фонтанный ЭЦН СШНУ Газлифт Прочие 12 Поэтому растетфонд малодебитных скважин. К категории малодебитных скважин относятся скважины, которые по тем или иным причинам характеризуются относительно невысокими объемами добычи нефти (жидкости) за сутки. Выбор способа эксплуатации малодебитных скважин является важной задачей, так как от этого может зависеть рентабельность добычи. По состоянию на начало 2014 года бездействующий фонд скважин составил 13,5% (таблица 3) от общего фонда скважин. [16] Таблица 3 − Бездействующий фонд скважин в России по компаниям (2012- 2014 гг.) Компания 2012 2013 2014 Количество скважин % от фонда Количество скважин % от фонда Количество скважин % от фонда «Роснефть» 5600 19,1 4067 16,4 7676 16,8 «ЛУКОЙЛ» 4100 14,5 3660 12,5 4040 13,1 «ТНК-ВР» 6300 29,5 5248 24,7 - - «Сургутнефтегаз» 1300 7,1 1490 7,2 1670 7,5 «Газпромнефть» 589 9,6 658 9,6 743 9,8 «Татнефть» 3100 14,2 3286 14,6 2814 12,5 «Славнефть» 500 11,9 539 13.0 827 18,6 «РуссНефть» 600 13,3 374 8,1 283 11,4 «Башнефть» 1800 9,4 2710 15,7 2121 12,6 Прочие 1500 24,2 1472 31,2 2202 16,2 Всего 25300 15,9 24093 14,8 22376 13,5 Количество простаивающих скважин значительно отличаются по нефтегазовым компаниям, что видно из рисунка 3. Самая низкая доля бездействующих скважин среди крупных нефтяных компаний (около 7,5%) у «Сургутнефтегаза», которая наиболее рационально относится к освоению недр. Высокая доля простаивающих скважин у «Роснефти», «ЛУКОЙЛа» Какая-то доля бездействующих скважин относится к категории малодебитных скважин, а какая-то относится к аварийному фонду скважин, ремонт в которых является неокупаемым. 13 Рисунок 3− Распределение простаивающих скважин по нефтяным компаниям России в 2014г Когда эксплуатация малодебитных скважин при помощи традиционных насосных систем УЭЦН и УШСН становится малоэффективной, используют альтернативные способы добычи нефти. Рассмотрим в качестве альтернативы гидроструйные насосные установки. 14 2. История развития и практического применения струйных насосов 2.1Применение струйных насосов в нефтяной промышленности Применение струйных насосов в нефтяной промышленности получило определенное распространение, как в нашей стране, так и за рубежом. Первая публикация о применении струйных насосов в нефтяной промышленности появилась в 1933 г в США. Но первые испытания проведены были лишь в 1970г в Техасе. В двух скважинах в качестве рабочей жидкости использовалась нефть, а в трех — вода. Струйных насосы опускали на глубину 580 − 2900 м. Добыча жидкости составляла 13 − 160 м 3 /сут. В 1975 г. в скважинах уже работало 200 струйных насосов. В 1988г. была создана скважинная струйная установка. Установка содержала струйный насос и пакер. Пакер устанавливался на колонне насосно-компрессорных труб. Конструкция такой установки не дает возможности проводить работы в подпакерной зоне во время работы установки, поэтому возможности использования такой установки ограничены. В настоящее время фирмы США применяют струйные насосы при освоении скважин, при добыче нефти с высоким газовым фактором и мехпримесями, при эксплуатации горизонтальных скважин, для подъема тяжелых нефтей на морских месторождениях. Струйные насосы стали применять, когда началось обводнение продукции. Увеличилась депрессия на пласт. Она достигла 2,4 МПа, в связи с этим увеличились отборы жидкости на скважине до 320м 3 /сут. В 1992г в Великобритании разработана скважинная струйная установка, которая позволяет проводить различные технологические работы в зоне пласта. В данной установке не предусмотрена возможность воздействия на пласт с целью увеличения добычи перекачиваемой среды, потому что ограничены возможности по передаче энергии. Следовательно, нет возможности эффективно проводить работы по очистке прискважинной зоны. В 1996г разработана скважинная струйная установка, которая повышает КПД. Происходит это за счет повышения однородности перекачиваемой среды. В 15 этот же период времени разработан способ освоения и эксплуатации скважин с применением струйных насосов, который позволяет осуществлять замер дебита пластовой жидкости и контроль забойного давления на различных режимах. Для освоения используется дистанционный глубинный манометром. Передача информации осуществляется на поверхность по кабелю с использованием каротажной станции. К сожалению, применение данного способа требует высоких материально-технических и трудовых затрат, вследствие чего сужается область его применения. В 1997г. изобретена скважинная струйная насосная установка, которая позволяет регулировать забойное давление. В 1999 г. разработан струйный насос для промывки скважин. Насос имеет упрощенную конструкцию уплотнительного пакера. Струйный насос, выполненный над пакером, можно вывести из зоны отложений, следовательно увеличивается его работоспособность в загрязненных скважинах. В нефтяной промышленности России применение струйных насосов началось в 1958г. в Азербайджане. Был создан передвижной комплекс наземного и погружного оборудования для промывки песчаных пробок в нефтяных скважинах. Основными элементами комплекса были струйный насос с гидромониторной насадкой и двухрядный лифт. Согласно методике расчета струйного насоса ,разработанной А.А.Богдановым и З.С.Помазковой на основе эмпирических зависимостей, соотношения давлений рабочей и инжектируемой жидкостей на входе в струйный насос Р Р /Р н =26,3. При проведении работ в скважинах данное соотношение имело место. Поэтому методика расчета удовлетворила требование практики.[14] Проблема выноса твердой фазы из скважины с помощью струйных насосов является актуальной и в настоящее время. Под руководством Ю.А.Цепляева в 70-х годах в институте Гипротюменнефтегаза были начаты исследования о возможностях применения струйных насосов для эксплуатации нефтяных скважин. Первые промысловые испытания водоструйных насосов были проведены в 1969 - 71г.г. на 16 месторождениях Западной Сибири (на 4-х нефтяных скважинах).Испытания показали принципиальную возможность применения насосов для эксплуатации нефтяных скважин. Широкое внедрение водоструйных насосов развернулось в 1973-74гг. предназначены они были для подъема воды из водяных скважин для нужд системы ППД. Струйные насосы устанавливались на небольших глубинах – 250-430 м, работали с коэффициентом инжекции U= 6--8 ,межремонтный период составлял 7-8 месяцев, среднесуточный отбор на одну скважину −2800-4000 м 3 /сут. В качестве рабочего агента использовалась вода высокого давления из системы ППД. В 1974 году в НГДУ «Юганскнефть» была испытана установка струйного насоса с глубинным приводом. ЭЦН использовался в качестве привода. Испытания показали высокую эффективность данной установки В 1979-1981г.г. на Усть- Балыкском месторождении также были проведены испытания. Межремонтный период работы составил 570 суток, при отсутствии постоянного обслуживающего персонала. Методика расчета струйного аппарата Ю.А.Цепляева позволила довольно надежно проектировать струйные установки для различных условий эксплуатации скважин при отсутствии газа в рабочем и инжектируемом потоках. На кафедре разработки и эксплуатации нефтяных месторождений в МИНХ им. И.М.Губкина проводились исследования по разработке и совершенствованию методов применения струйных насосов при добыче нефти. Под руководством И.Т.Мищенко велись работы по совершенствованию тандемных установок типа «УЭЦН-СН», велись работы по совершенствованию струйных насосных установок с наземным приводом для подъема жидкости из скважин в осложненных условиях эксплуатации. Применение струйных насосов для освоения скважин и добычи нефти представляет теоретический и практический интерес. Струйные насосы компактны, не имеют подвижных частей, высокопрочные, устойчивые к коррозии и абразивному износу. 17 |