вопросы гос. Понятие о системе разработки залежей нефти. Рациональная система разработки. Параметры системы разработки

• Название: Понятие о системе разработки залежей нефти. Рациональная система разработки. Параметры системы разработки
• Анкор: вопросы гос
• Дата: 27.01.2023
• Размер: 1.89 Mb.
• Имя файла: GOS_2021_voprosy.docx
• Тип: Документы; #908188
• страница: 7 из 27

Эксплуатация скважин погружными электроцентробежными насосами (ПЦЭН). Область применения и методы борьбы с осложняющими факторами. Основные функции станции управления (СУ) ПЦЭН. Исследование скважин, оборудованных ПЦЭН.

Электроцентробежная насосная установка - комплекс оборудования для механизированной добычи жидкости через скважины с помощью центробежного насоса, непосредственно соединенного с погружным электродвигателем. Установки ЭЦН выпускают для эксплуатации высокодебитных, обводненных, глубоких и наклонных скважин с дебитом 25—1300 м3/сут и высотой подъема жидкости 500—2000 м.

Установка ЭЦН является сложной технической системой и, несмотря на широко известный принцип действия центробежного насоса, представляет собой совокупность оригинальных по конструкции элементов. . Установка состоит из двух частей: наземной и погружной. Наземная часть включает автотрансформатор 1; станцию управления 2; иногда кабельный барабан 3 и оборудование устья скважины 4. Погружная часть включает колонну НКТ 5, на которой погружной агрегат спускается в скважину; бронированный трехжильный электрический кабель 6, по которому подается питающее напряжение погружному электродвигателю и который крепится к колонне НКТ специальными зажимами 7.

Погружной агрегат состоит из многоступенчатого центробежного насоса 8 с 50-600 ступенями, оборудованного приемной сеткой 9 и обратным клапаном 10. В комплект погружной установки входит сливной клапан 11 через который сливается жидкость из НКТ при подъеме установки. В нижней части насос сочленен с узлом гидрозащиты (протектором) 12. Гидрозащита, поддерживает в полости электродвигателя повышенное давление масла для предохранения двигателя от попадания пластовой воды. В свою очередь, он сочленен с погружным электродвигателем 13. В нижней части электродвигатель 13 имеет компенсатор 14. Физический принцип работы данного насоса основан на сообщении определенной кинетической энергии от вращающегося на валу рабочего колеса, имеющего полые каналы, к потоку движущейся жидкости, которая в результате получения ускорения движется вверх вдоль стенок направляющего аппарата.

Затем жидкость последовательно поступает в следующий направляющий аппарат и рабочие колесо, приобретая новую порцию кинетической энергии. Рабочая пара колесо – направляющий аппарат называется ступенью ЭЦН. Ступени (рисунок 9) расположены в секциях ЭЦН. Жидкость в секции попадает через приемную сетку газосепаратора. Таким образом, при подъеме жидкости происходит превращение кинетической энергии движения жидкости, в потенциальную энергию столба этой жидкости. После прохождения секций ЭЦН жидкость через обратный и спускной клапаны попадает в НКТ и движется по ней вверх, до устья скважины. Источником вращательного движения вала, на который насажены рабочие колеса, и все остальные вращающиеся элементы установки, является погружной асинхронный трехфазный электродвигатель. Управление асинхронным двигателем осуществляется при помощи находящейся на поверхности станции управления. Ток к двигателю подается через кабельную линию с поверхности.

Жидкость поступает в насос через сетку, расположенную в его нижней части. Сетка обеспечивает фильтрацию пластовой жидкости. Насос подает жидкость из скважины в НКТ. Общая длина установки ЭЦН составляет 25-30 м, поэтому монтаж производится посекционно перед спуском в скважину. На поверхности устанавливается трансформатор, барабан с кабелем и станция управления, которая обеспечивает контроль и регулирование работы установки, автоматическое включение и выключение Установки ЭЦН в России разработаны для скважин с обсадными колоннами диаметром 127, 140, 146 и 168 мм. Для обсадных колонн размера 146 и 168 мм имеются погружные агрегаты двух габаритов. Предназначенных для скважин с наименьшим внутренним диаметром (по ГОСТу) обсадной колонны.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЭЦН

Основными параметрами насоса являются подача и напор. Под подачей понимают объем жидкости, который перекачивает насос за определенный промежуток времени (О, м3/сут). Напор — это максимальная высота, на которую насос может поднять жидкость (Н, м), или давление, которое способен преодолеть насос, выраженное в метрах столба жидкости. Графическая зависимость напора, потребляемой мощности и к.п.д. от подачи при постоянном числе оборотов называется характеристикой центробежного насоса.

Подача и напор, соответствующие максимальному к.п.д., называются оптимальным режимом работы насоса. Как правило, потребляемая насосом мощность снижается при уменьшении подачи. Подбор насоса по существу сводится к выбору такого типоразмера ЭЦН, чтобы он, будучи спущен в скважину, осуществлял максимально допустимый отбор жидкости с заданной глубины и работал при этом, на режимах приближенных к максимальному КПД. Изменения частоты вращения ПЭД,позволяет в широком диапазоне регулировать производительность и напор УЭЦН.

Влияние попутного газа на работу ПЦЭН

Большое количество свободного газа, попадающего в скважину непосредственно из пласта либо выделяющегося из нефти, затрудняет эксплуатацию скважин погружными центробежными насосами. При попадании газа в центробежный насос, в каналах рабочего колеса и направляющего аппарата возникают вихревые газовые «мешки», заполненные газожидкостной смесью -пониженной плотности. С одной стороны, скопление газа стесняет проходное сечение канала, уменьшая подачу, а с другой стороны, препятствует нормальному закручиванию потока на выходе из рабочего колеса, что приводит к снижению напора колеса. Вихревые области по мере накопления содержащегося в них газа увеличиваются и занимают все большую и большую часть канала. Когда такой «мешок» распространяется на всю ширину канала, образуется газовая пробка ипроисходит прекращение подачи насоса («срыв подачи»). допустимая величина газосодержания на входе в насос колеблется (в зависимости от типоразмера насоса) в пределах 5-25% от объема добываемой продукции.

Достоинствами УЭЦН по сравнению с другими установками являются :широкий диапазон подач; возможность эксплуатации в наклонно-направленных скважинах; независимость показателей насоса от положения в пространстве;- меньший износ НКТ, срок службы 5-7 лет; отсутствие движущихся частей в наземном оборудовании, что не требует строительства специальных ограждений

Недостатки УЭЦН: высокая чувствительность к наличию газа; плохо работает в условиях коррозионно-агрессивной среды, при выносе песка; невозможность эксплуатации скважин с вязкой жидкостью (при вязкости более 200 сП эксплуатация невозможна); низкая термостойкость изоляции ПЭД и кабеля (температура в зоне размещения электродвигателя не более + 90 ˚С); Ограниченность применения в наклонно-направленных скважинах.

Станции управления предназначены для управления установками ЭЦН и системами для ППД и перекачки жидкостей. Они позволяют изменять параметры добычи и производительность установки, соответственно изменениям скважинных условий. Благодаря увеличению и уменьшению количества оборотов двигателя,  можно оптимизировать производительность насоса, ускорить или при необходимости замедлить процесс добычи и предотвратить формирование газовых пробок. Станции управления  обеспечивают защиту насосов и двигателей,  снижая пусковое напряжение и подстраиваясь под изменяющиеся условия среды. Возможность изменять скорость вращения двигателя снижает потребность в запасных частях и сокращает время простоев оборудования, как следствие продлевается срок межремонтного периода, а эксплуатационные расходы становятся меньше. При возникновении нештатных ситуаций срабатывают соответствующие системы защиты, и установка отключается.

4. 
   Газлифтная эксплуатация нефтяных скважин. Принцип действия и область применения газлифта. Технология пуска газлифтной скважины в работу и расчет пускового давления. Исследование и оптимизация параметров работы газлифтных скважин.
   

Когда пластовой энергии недостаточно для подъема нефти с забоя на поверхность, скважины прекращают фонтанировать. Но фонтанирование можно искусственно продлить за счет подачи в скважину по НКТ сжатого газа или воздуха. Для сжатия газа до необходимого давления применяются компрессоры. В этом случае эксплуатация скважин называется компрессорным газлифтом. Если в качестве рабочего агента для газового подъемника применяется газ из газовых пластов высокого давления, то в этом случае эксплуатация скважин называется бескомпрессорным газлифтом. Внутрискважинный газлифт  является самым эффективным способом, обеспечивающим  подъем жидкости. Он производится с помощью перепуска газа из выше или ниже лежащего газового пласта в продуктивный слой посредством специального забойного регулятора.

Газовый подъёмник состоит из 2-х трубопроводов. Один из которых служит для подачи газа а другой для подъёма жидкости с забоя на поверхность. В неработающей скважине жидкость будет находиться н одном уровне, который называется статистическим. Нагнетая газ по трубам, он вытеснит вначале всю находящуюся в них жидкость, затем, продолжая поступать в подъёмные трубы, будет перемешиваться с жидкостью. Плотность этой жидкости становиться меньше первоначальной, за счет чего уровень жидкости в подъёмных трубах начнет повышаться.

В затрубное пространство нагнетают газ высокого давления, в результате чего уровень жидкости в нем будет понижаться, а в НКТ — повышаться. Когда уровень жидкости понизится до нижнего конца НКТ, сжатый газ начнет поступать в НКТ и перемешиваться с жидкостью. В результате плотность такой газожидкостной смеси становится ниже плотности жидкости, поступающей из пласта, а уровень в НКТ будет повышаться. Чем больше будет введено газа, тем меньше будет плотность смеси и тем на большую высоту она поднимется. При непрерывной подаче газа в скважину жидкость (смесь) поднимается до устья и изливается на поверхность, а из пласта постоянно поступает в скважину новая порция жидкости.
Дебит газлифтной скважины зависит от количества и давления нагнетаемого газа, глубины погружения НКТ в жидкость, их диаметра, вязкости жидкости и т.п Конструкции газлифтных подъемников определяются в зависимости от числа рядов насосно-компрессорных труб, спускаемых в скважину, и направления движения сжатого газа. По числу спускаемых рядов труб подъемники бывают одно- и двухрядными, а по направлению нагнетания газа — кольцевыми и центральными
При однорядном подъемнике в скважину спускают один ряд НКТ. Сжатый газ нагнетается в кольцевое пространство между обсадной колонной и насосно-компрессорными трубами, а газожидкостная смесь поднимается по НКТ, или газ нагнетается по насосно-компрессорным трубам, а газожидкостная смесь поднимается по кольцевому пространству. В первом случае имеем однорядный подъемник кольцевой системы (а), а во втором — однорядный подъемник центральной системы (см. рис. б).
При двухрядном подъемнике в скважину спускают два ряда концентрически расположенных труб. Если сжатый газ направляется в кольцевое пространство между двумя колоннами НКТ, а газожидкостная смесь поднимается по внутренним подъемным трубам, то такой подъемник называется двухрядным кольцевой системы . Наружный ряд насосно-компрессорных труб обычно спускают до фильтра скважины.
При двухрядном ступенчатом подъемнике кольцевой системы в скважину спускают два ряда насосно-компрессорных труб, один из которых (наружный ряд) ступенчатый; в верхней части — трубы большего диаметра, а в нижней — меньшего диаметра. Сжатый газ нагнетают в кольцевое пространство между внутренним и наружным рядами НКТ, а газожидкостная смесь поднимается по внутреннему ряду.
Если сжатый газ подается по внутренним НКТ, а газожидкостная смесь поднимается по кольцевому пространству между двумя рядами насосно-компрессорных труб, то такой подъемник называется двухрядным центральной системы (,г) Недостатком кольцевой системы является возможность абразивного износа соединительных труб колонн при наличии в продукции скважины механических примесей (песок). Кроме того, возможны отложения парафина и солей в затрубном пространстве, борьба с которыми в нем затруднительна.
Преимущество двухрядного подъемника перед однорядным в том, что его работа происходит более плавно и с более интенсивным выносом песка из скважины. Недостатком двухрядного подъемника является необходимость спуска двух рядов труб, что увеличивает металлоемкость процесса добычи. Поэтому в практике нефтедобывающих предприятий более широко распространен третий вариант кольцевой системы — полуторарядный подъемник (см. рис. 13.2,д), который имеет преимущества двухрядного при меньшей его стоимости.

Полуторарядный подъемник по существу, не отличается от двухрядного, за исключением того, что нижняя часть воздушных труб компонуется из труб меньшего диаметра (так называемый хвостовик); при этом создаются лучшие условия выноса песка и предотвращается образование на забое песчаной пробки. Кроме недостатков двухрядного подъемника, в полуторарядном подъемнике невозможно из-за наличия хвостовика увеличивать в большинстве случаев глубину спуска подъемника, хотя металлоемкость такой системы несколько меньше, чем двухрядной.
Преимущества: Возможность отбора больших объемов жидкости практически при всех диаметрах эксплуатационных колонн и форсированного отбора сильнообводненных скважин; Эксплуатация скважин с большим газовым фактором, т.е. использование энергии пластового газа; Малое влияние профиля ствола скважины на эффективность работы газлифта; Отсутствие влияния высоких давлений и температуры продукции скважин, а также наличия в ней мехпримесей (песка) на работу скважин.; Гибкость и сравнительная простота регулирования режима работы скважин по дебиту; Простота обслуживания и ремонта газлифтных скважин и большой межремонтный период их работы
Недостатки: Большие начальные капитальные вложения в строительство компрессорных станций: Сравнительно низкий коэффициент полезного действия (КПД) газлифтной системы; Возможность образования стойких эмульсий в процессе подъема продукции скважин.
Исходя из указанного выше, газлифтный (компрессорный) способ эксплуатации скважин, в первую очередь, выгодно использовать на крупных месторождениях при наличии скважин с большими дебитами и высокими забойными давлениями после периода фонтанирования.

Пусковое давление

Процесс пуска газлифтной скважины в эксплуатацию со­стоит в вытеснении жидкости воздухом (газом) из труб на­ружного ряда и в подводе нагнетаемого воздуха к нижнему концу подъемных труб или к рабочему отверстию на этих трубах для разгазирования столба жидкости в них. Макси­мальное давление при пуске газлифтной скважины в эксплу­атацию (пусковое давление) будет в тот момент, когда жидкость в скважине оттеснится сжатым газом до места ввода его в подъемные трубы. Это давление может быть самым различным в зависимости от системы газлифта, глубины скважины, статического уров­ня жидкости в ней, а также от плотности жидкости и дру­гих условий. Наиболее высо­кое пусковое давление дости­гается в однорядном лифте кольцевой системы при пода­че газа в подъемные трубы через их башмак.

При определенных услови­ях (существенная разница в диаметрах эксплуатационной колонны и подъемных труб, большая глубина скважины, невысокий столб жидкости до статического уровня) пусковое давление может достигать гид­ростатического давления жид­кости в скважине в точке вво­да газа в подъемные трубы: где р_пуск- пусковое давле­ние, ПА; ρ — плотность жид­кости, кг/м³; g — ускорение свободного падения; L — расстояние от устья до ввода газа в подъемные трубы.

Рабочее давление в действующей газлифтной скважине всегда меньше пускового, иногда в несколько раз. Это объяс­няется тем, что в процессе эксплуатации скважины давление сжатого газа в затрубном пространстве уравновешивает гид­ростатический столб в подъемных трубах газонефтяной сме­си с очень небольшой средней плотностью, а не жидкости, как при пуске скважины.

Способы снижения пускового давления

Самым эффективным  из таких способов является использование устройств, называемых пусковыми газлифтными клапанами. Они ставятся в скважинные камера ниже уровня жидкости. Газлифтные клапаны могут работать как от давления затрубного пространства, так и от  давления жидкостного столба в НКТ, а также от перепадов между ними значений  давления.

Пуск газлифтных скважин в эксплуатацию - это процесс, обеспечивающий снижение забойного давления, ниже пластового, в результате уменьшения плотности жидкости в стволе скважины за счет газирования этой жидкости. Процесс пуска состоит в доведении закачиваемого газа в межтрубном пространстве до башмака подъемных труб. Процесс пуска состоит в доведении закачиваемого газа до башмака подъемных труб, т. е. в отжатии газом уровня жидкости до башмака. Это означает, что объем жидкости в межтрубном пространстве V₁ должен быть вытеснен нагнетаемым газом. 

Вытесняемая жидкость перетекает в подъемные трубы, в результате чего уровень в них становится выше статического. Возникает репрессия на пласт, определяемая превышением столба жидкости Δh над статическим уровнем, под действием которой должно произойти частичное поглощение жидкости пластом. При плохой проницаемости пласта или наличии на забое илистых осадков, которые могут играть роль обратного клапана, т. е. пропускать жидкость из пласта и препятствовать ее поглощению, вся вытесняемая жидкость перетечет в подъемные трубы, так что объем V₁ будет равен объему жидкости V₂ перемещенной в трубы.

Исследование в газлифтной скважине проводится с целью:

1. Установления зависимости дебита нефти и воды от забойного давления, определения коэффициента продуктивности.

2. Установления зависимости дебита нефти и воды от расхода рабочего агента и на этой основе определения оптимального режима работы газового подъемника.

Забойное давление замеряют с помощью глубинного манометра или по давлению нагнетаемого рабочего агента. Чаще применяется способ исследования скважин при постоянном противодавлении на устье скважины, изменяя расход рабочего агента. В этом случае вначале устанавливают режим работы скважины при минимальном расходе газа, когда еще идет подача жидкости из скважины. Установленный расход газа поддерживается постоянно в течение нескольких часов для того, чтобы режим работы скважины установился. После этого замеряют дебит нефти, воды и газа в скважине и определяют расход сжатого газа. После этого увеличивают расход рабочего агента и вновь проводят те же самые замеры. Дебит жидкости возрастает с увеличением расхода рабочего агента, но до определенного предела, после которого дальнейшее увеличение расхода рабочего агента дебит скважины уменьшается. В этой связи исследование скважины заканчивают после того, как при последующих двух-трех режимах дебит нефти будет снижаться, а расход агента увеличиваться. По данным исследования строят кривые зависимости дебита скважины от расхода рабочего агента .

Рис. 80. Кривая зависимости дебита жидкости, удельного расхода газа и рабочего давления от количества нагнетаемого рабочего агента: 1 - дебит жидкости; 2 - рабочее давление; 3 - удельный расход газа

На этом графике строят кривую удельного расхода рабочего агента, показывающую, что при различных отборах жидкости изменяется количество нагнетаемого газа, необходимого для подъема из скважины 1 тонны нефти. На рис. 80 видно, что наименьший удельный расход газа получается не при максимальном дебите, а при меньшем отборе. По кривым 1 и 2 определяют количество рабочего агента, необходимого для работы данной скважины. Режим работы скважины устанавливают в зависимости от допускаемого отбора жидкости и производительности компрессорной станции. Если количество сжатого газа достаточно для полного обеспечения всех скважин на нефтепромысле без ограничения дебитов, то работают на режимах максимального дебита скважин, который показан наивысшей точкой на кривой 1.

А если сжатого газа на нефтепромысле недостаточно или отбор жидкости из скважины ограничен, тогда работают на режимах минимального удельного расхода газа. Режим работы скважин ежемесячно уточняется в зависимости от состояния разработки месторождения.