Освоение скважин при помощи струйных насосов на восточно-северском месторождении. Перспективы развития гидроструйного способа добычи нефти
 Скачать 2.61 Mb.
|
|
2.2 Принцип действия струйного насоса Струйные насосы −гидравлические аппараты динамического типа. Они не имеют в своей конструкции деталей, которые движутся. К соплу под большим давлением подается рабочая жидкость. Она выходит из сопла в камеру смешения с довольно большой кинетической энергией. В эту же камеру поступает откачиваемая жидкость.Она подхватывается струей рабочей жидкости в горловину диффузора. В смесительной камере и начале горловины диффузора потоки жидкости смешиваются. Кинетическая энергия рабочей жидкости частично передается откачиваемой.Затем кинетическая энергия преобразуется в потенциальную Этот процесс происходит в диффузоре. Полученная смесь выходит из насоса с определенным давлением. Все эти процессы сопровождаются большой потерей энергии, поэтому КПД насоса низкий. Схемы струйных насосов разнообразны. Принципиальная схема струйного насоса представлена на рисунке 4. Основные элементы насоса: рабочее (активное) сопло, приемная камера, камера смешения, диффузор. Рисунок 4−. Принципиальная схема струйного насоса: Одним из параметров, характеризующим струйные насосы, является коэффициент подсоса, или безразмерный расход. Он определяется как отношение расхода перекачиваемой жидкости к расходу рабочей. 18 Основным конструктивным элементом струйного аппарата является рабочее сопло. Оно служит для преобразования потенциальной энергии давления в кинетическую энергию рабочего потока. Приемная камера предназначена для подвода инжектируемого потока к струе рабочей среды. Камера смешения служит для смешения и выравнивания скоростей двух потоков. Диффузор преобразует кинетическую энергию общего потока в потенциальную энергию давления. Происходит это за счет постепенного снижения скорости. Весомым качеством струйного насоса является то, что давление инжектируемого потока возрастает без непосредственной затраты механической энергии. По экономическим показателям и по надежности в эксплуатации технические решения с использованием струйных аппаратов более совершенные, чем схемы, которые включают в себя компрессоры, вентиляторы и др. сложные механизмы. Особый интерес струйные насосы представляют в тех случаях, когда известные технические средства эксплуатации скважин применить нельзя.. Откачиваемая среда может быть жидкостью, газом, твердым телом или газожидкостной смесью. Широкое применение струйных аппаратов в различных отраслях техники, а также при добыче нефти и газа, связано с простотой их конструкции, высокой надежностью в эксплуатации, возможностью работать в осложненных условиях. На изготовление струйных аппаратов расходуется мало металла, стоимость их незначительна. Они позволяют успешно решить множество проблем, полностью оправдывают свою многофункциональность. 2.3 Применение струйных насосов при освоении и эксплуатации скважин Струйные насосы применяются при исследовании и эксплуатации скважин для определения давлений на забое скважины. Струйный аппарат спускают в скважину совместно с глубинным манометром, имеющим блок непрерывной записи забойного давления. После освоения скважины, меняют 19 режимы эксплуатации скважины путем изменения давления нагнетания, замеряют значения дебита скважины и забойного давления на различных режимах и строят индикаторную диаграмму скважины, по которой определяют границу рациональной области эксплуатации скважины, исходя из соотношения Рзаб > 1,1Рзаб.мин.доп, где Рзаб.мин.доп - минимально допустимое забойное давление. Полученные замеры забойного давления используют при построении карты пластовых давлений разрабатываемого нефтяного пласта. На рисунке 5 изображен узел установки при спуске струйного насоса с помощью канатной техники, а на рисунке 6 показана индикаторная диаграмма скважины. Насосно− эжекторная система содержит (см. рисунок 5) струйный аппарат 1 с соплом 4 совместно с глубинным манометром 21, имеющим блок непрерывной записи забойного давления, спущенный в скважину и извлекаемый из скважины с помощью канатной техники. Узел установки струйного насоса содержит ловильную головку 22, фильтр 23 и уплотнительные кольца 24. Рисунок 5− Схема узла установки при спуске струйного насоса с помощью канатной техники :1-струйный насос; 4- сопло СН; 20- колонна двойных НКТ; 21-глубинный манометр;22-ловильная головка;23-фильтр;24-уплотнительные кольца 20 Индикаторная диаграмма скважины (см. рисунок 6) − это зависимость дебита скважины Q от давления Р. На диаграмме скважины показаны значения пластового давления Рпл, давления насыщения нефти газом Рнас, минимально допустимого забойного давления Рзаб.миндоп. Исследования и эксплуатация скважин с помощью насосно − эжекторных систем позволяют снизить материально-технические и трудовые затраты. Процесс контроля забойного давления становится проще, а следовательно дешевле, предотвращаются недопустимые режимы эксплуатации скважины. Р пл Р нас 1,1Р заб.мин.доп Р заб.мин.доп Р Рисунок 6−Индикаторная диаграмма скважины. 2.3.1 Типы струйных аппаратов освоения скважин и добычи нефти Для освоения скважин широко применяются следующие типы струйных насосов: УОС-1; УОС-1М; УЭОС-2; УЭОС-4; УЭОС-5. В настоящее время 21 разработкой, испытанием и промышленным внедрением насосов занимаются отечественные фирмы (ОКБ БН, "НАМ и К 0 ", "СОНТЕКС" и др.) Ниже приведены технические характеристики отечественных УСН (таблица 4) и условия их эксплуатации. Устройство УЭОС-2 - это вставной струйный насос. Устройство позволяет производить гидродинамические исследования фильтрационного состояния призабойной зоны пласта и осуществлять его очистку в любой период проведения технологического процесса. При этом обеспечивается увеличение дебитов добывающих и приёмистости нагнетательных скважин. Вставные струйные аппараты УЭОС-2 обеспечивают выполнение таких операций: оценка первоначального состояния ПЗП путём записи и расшифровки КВД; осуществление глубокого дренирования и очистки пласта методом создания чередующихся депрессий и репрессий; обработка пласта химическими реагентами; заключительное исследование скважин и оценка гидродинамических параметров при различных депрессиях на пласт. Технология осуществляется в скважинах, обсаженных колоннами 140- 168 мм при температуре на забое до 120ºС. Устройство позволяет проводить работы по освоению скважин, интенсифицировать (повышать) приток нефти из пласта и проводить гидродинамические исследования продуктивных горизонтов путём записи кривой восстановления давления (КВД) в любое технологически необходимое время. Устройство УЭОС-4 Эжекторное устройство освоения, гидродинамических и геофизических исследований скважин предназначено для интенсификации вызова притока нефти с одновременной очисткой призабойной зоны пласта, 22 гидродинамических и геофизических исследований скважин. Устройство позволяет проводить в скважинах следующие технологическиеоперации: восстановление фильтрационных свойств пород коллектора. Восстановление проводится методом создания многократных депрессий и репрессий на пласт; гидродинамические исследования скважин для оценки скин-эффекта пластового давления, выявление степени ухудшения проницаемости пласта; геофизические исследования, чтобы оценить толщину работающего пласта; обработку пласта химическими реагентами. Устройство должно эксплуатироваться в скважинах с обсадной колонной, внутренний диаметр которой не менее 122 мм. Критерием отказа устройства является выход из строя сопла, смесителя и уплотнительных манжет, приводящий к падению коэффициента эжекции ниже 0,15. Граничным состоянием устройства является выход из строя его корпуса вследствие износа присоединительных резьб или внутренних посадочных диаметров. Устройство УЭОС-5 Устройство представляет собой многофункциональный струйный насос вставного типа, конструкция которого и технология применения обеспечивают выполнение следующих операций: снижение забойного давления только в подпакерном пространстве скважины и вызов притока из пласта. При этом исключается возможность выбросов нефти и смятия обсадной колонны; глубокое дренирование и очистка пласта путём воздействия на него циклическими знакопеременными нагрузками в режиме депрессия- репрессия; закачка кислоты или других химических реагентов под давлением в пласт и отбор продуктов реакции кислоты из пласта в требуемое по технологии время; 23 гидродинамические исследования скважин с целью оценки первоначального и заключительного состояния призабойной зоны пласта путём записи и расшифровки кривой восстановления давления КВД. Запись и сравнение гидродинамических параметров может проводиться при различных депрессиях на пласт; добыча нефти из скважины. Принцип работы. Работа устройства основана на свойствах струйного насоса. При выполнении технологических операций по п. п. 1 - 4 рабочая жидкость подаётся к соплу эжекторного насоса по трубам НКТ, а при добыче нефти (п.5) – по затрубному пространству. В последнем случае откачиваемая из продуктивного пласта нефть движется на поверхность по насосно- компрессорным трубам. Выполнение работ по п.п. 1 - 5 происходит следующим образом. В скважину на расчётную глубину на НКТ спускается корпус устройства УЭОС-5 с механическим пакером.Пакер установливается ниже корпуса. Для опрессовки НКТ и пакера в корпус устройства УЭОС-5 устанавливается специальная опрессовочная вставка. НКТ опрессовывают путём создания требуемого давления во внутренней полости труб, а пакер – путём создания давления в затрубном пространстве. После проведения работ по опрессовке труб и пакера опрессовочная вставка извлекается на поверхность с помощью канатной техники. Далее в НКТ в зависимости от поставленной задачи спускается вставной эжекторный насос для освоения скважин или вставной эжекторный насос для добычи нефти. Под действием собственного веса вставной насос движется по заполненным жидкостью трубам к корпусу УЭОС-5 и окончательно фиксируется в нём при создании в НКТ давления 10— 15 атм. Вставной эжекторный насос может быть извлечён из скважины без подъёма НКТ в любое время при изменении очерёдности проведения технологических работ или необходимости ремонта насоса. При освоении скважины и добыче нефти в качестве рабочего агента используют техническую воду, нефть или газовый конденсат. В качестве рабочего агента для добычи 24 нефти можно использовать природный газ. В этом случае в эжекторном насосе устанавливаются специальные сверхзвуковые сопла. Гидростатическое давление на пласт восстанавливается, после того как прекратится подача рабочей жидкости. В комплект устройства УЭОС-5 входят: корпус; вставной эжекторный насос для освоения скважин; вставной эжекторный насос для добычи нефти; уравнительный клапан; опрессовочная вставка; блокирующая вставка (для закачки кислоты); ловитель цанговый; ясс механический; утяжелитель; шаблон; фильтр; соединители с геофизической головкой и проволокой подъёмника; запчасти (манжеты фторопластовые, кольца резиновые, сопла твёрдосплавные, смесители). Устройство используется в скважинах, обсаженных колоннами 140 – 168 мм. при температуре окружающей среды до 120 о С. Экономическая эффективность при применении устройства для освоения скважин обеспечивается за счёт уменьшения сроков освоения и исследования, повышения дебитов добывающих и приёмистости нагнетательных скважин, а для добычи нефти – за счёт уменьшения капитальных затрат, связанных с отсутствием необходимости в монтаже станков-качалок, использовании скважинных поршневых или центробежных насосов. Устройство в двух вариантах применения изображено на рисунках 7 и 8. Освоение скважин струйным насосом имеет преимущества: 25 мгновенное создание депрессии; непрерывное создание депрессии на пласт в течение всего освоения; циклическое воздействие на пласт; максимальный отбор жидкости за минимальный промежуток времени ; проведение ОПЗ и освоения за один спуск-подъем компоновки; отсутствие влияние давления на эксплуатационную колонну при освоении; возможность контроля над создаваемой депрессией при освоении без подъема компоновки; возможность глушения скважины после освоения без загрязнения призабойной зоны жидкостью глушения; запись КВД в подпакерной зоне; возможность монтирования манометра к струйному насосу или к обратному клапану; возможность освоения скважин с низким пластовым давление Рисунок 7 − Схема устройства освоения и исследования скважин 26 На рисунке 9 показаны основные элементы вспомогательного оборудования, необходимого для эксплуатации устройства. Рисунок 9 − Схема оборудования скважины при эксплуатации струйным насосом. Рисунок 8− Схема устройства добычи нефти из скважин 27 Таблица −4 Технические характеристики УСН Технические характеристики Насосы УЭОС-2 УЭОС-4 УЭОС-5 Максимальное давление рабочей жидкости, МПа 30,0 30,0 30,0 Максимальная величина создаваемой депрессии на пласт Р пл Р пл Р пл Габаритные размеры, мм: диаметр длина 98 760 не более118 700 108 800 Масса устройства без вспомогательного инструмента, кг 24 50 70 Максимальный диаметр вставного эжекторного насоса, мм 55 57,5 57,5 Минимальный внутренний диаметр корпуса устройства, мм 46 51 51 Присоединительные резьбы ниппеля и муфты правые по ГОСТ633-80 73 73 73 или 73В Глубина спуска, м 3500 до 4000 до 4000 Средняя наработка на отказ, час 300 Среднее время восстановления, час Не более 5 Назначенный ресурс, час Не менее 800 2.4 Струйная насосная установка Струйная насосная установка − насосная система, которая состоит из устьевого наземного и погружного оборудования. Наземное оборудование включает сепаратор, силовой насос, устьевую арматуру, КИП. Погружное оборудование включает струйный насос с посадочным узлом. При эксплуатации струйных насосных установок (СНУ) одной из главных задач является создание надежного контроля за герметичностью основных элементов погружного оборудования. При любой схеме компоновки погружного оборудования комплекс "скважина − СНУ" содержит три смежных полости с различными давлениями движущейся в них жидкости. Каждая из полостей гидравлически связана с погружным струйным насосом. Для однотрубной схемы СНУ с пакером, по 28 колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) к струйному насосу движется рабочая жидкость высокого давления. В подпакерном пространстве движется инжектируемая жидкость низкого давления. В затрубном надпакерном пространстве − выходящий из струйного насоса смешанный поток. В пространстве давление определяется весом столба газожидкостной смеси над струйным насосом и гидравлическими потерями. Одним из важных условий нормальной эксплуатации СНУ является герметичность элементов погружного оборудования. Основной операцией при запуске СНУ в работу.является контроль герметичности. Схема оборудования скважины струйной насосной установкой показана на рисунке 10 Рисунок 10− Схема оборудования скважины установкой струйного насоса:1 — струйный насос; 2 — эксплуатационная колонна; 3 — кабель; 4 — устьевая арматура; 5 — насосно-компрессорные трубы (НКТ); 6 — пакер; 7 — пласт; 8 — блок забойной телеметрии При эксплуатации данных компоновок рабочая жидкость от системы ППД нагнетается через НКТ в сопло струйного насоса, а смешанный поток рабочей жидкости и продукции пласта поднимается на поверхность по затрубному пространству. С помощью телеметрической системы проводятся 29 замеры давлений под пакером (в приемной камере струйного насоса) и над ним (на выходе из диффузора струйного насоса). Замеры передаются на поверхность по кабелю. При необходимости погружной струйный насос можно извлечь из скважины для замены проточной части гидравлическим способом. Это происходит за счет переключения нагнетания воды с прямой схемы закачки на обратную, через затрубное пространство. Спуск струйного насоса на забой осуществляются также гидравлическим путем при закачке воды в НКТ. При замене скважинного оборудования это позволяет исключить дорогостоящий текущий ремонт и глушение скважины, что существенно повышает межремонтный период (МРП) работы скважины. В аварийных ситуациях застрявший струйный насос из скважины извлекают за ловильную головку с помощью канатной техники. 2.5 Методика расчета гидроструйного насоса [1] Разработана технология воздействия на призабойную зону пласта с целью увеличения дебитов нефтяных скважин либо увеличения приемистости нагнетательных скважин. С помощью струйных насосов создаются многократные мгновенные депрессии на пласт. Насосы устанавливаются на насосно-компрессорные трубы (НКТ) вместе с подвесным пакером. Технологический процесс включает следующие основные этапы работ: выбор объектов; оценка состояния призабойной зоны пласта; подготовка скважины; подготовка наземного и глубинного оборудования; расчет режимных параметров работы струйного аппарата; само воздействие на пласт; заключительные работы; оценка результатов воздействия. 30 Суть технологического процесса заключается в следующем: в скважину в компоновке с насосно-компрессорными трубами на необходимую глубину опускается струйный аппарат с пакерным устройством. При прокачивании с помощью насосных агрегатов ЦA-320, AH-700 (AGf-1030 и др.) рабочей жидкости при заданном давлении через НКТ, струйный насос и затрубное пространство в зоне продуктивного пласта создается определенное снижение гидростатического давления, т. е. создается депрессия на пласт. Время создания депрессии изменяется от долей секунды до нескольких секунд. Когда подача рабочей жидкости прекратится, гидростатическое давление на пласт восстановится. Включением в работу насосных агрегатов и их выключением достигается повторение цикла депрессия-репрессия на пласт. В результате такого циклического воздействия происходит очистка призабойной зоны пласта и постепенное заполнение скважины пластовым флюидом. Величина задаваемой депрессии определяется расчетным путем. Особенностью технологического процесса является то, что он позволяет регулировать в широких диапазонах величину и продолжительность депрессии в течение всей операции по вызову притока, а также производить циклическое многократное воздействие на пласт в режиме депрессия-репрессия без применения газообразных агентов. |