книги / Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений

Обычно забойное давление рассчитывают по Давлению на приеме насоса рпр или по определяемому с помощью эхолота уровню жидкости в затрубном пространстве.

Для непосредственного измерения р„р в НКТ несколько выше ЭЦН предварительно устанавливают специальное запорное при­ способление (устройство) с уплотнительным седлом, называе­ мое суфлером. Скважинный манометр оборудуют специальным наконечником. При посадке через НК.Т манометра в седло за­ глушка сдвигается и открывает отверстия, связывающие мано­ метр с затрубным пространством скважины.

Менее точно давление рпр можно рассчитать по давлению на выкиде насоса рвык> измеряемому скважинным манометром, спу­ щенным в НКТ, и паспортному напору Н0, развиваемому насо­ сом при закрытой выкидной (манифольдной) задвижке. Если устьевое давление Pi стабилизировалось, то р пр=Рвык—Рнас, где Рнас= #оРсрё' — давление, создаваемое насосом при нулевой по­ даче. Считается, что продолжительностью времени стабилизации Pi и изменением уровня можно пренебречь.

Наиболее простой и наименее точный метод определения ко­ эффициента продуктивности основан на измерениях давления на устье при двух режимах работы (подачах насоса Q', Q"). Ре­ жим работы изменяют дросселированием потока на устье (при­ крытием задвижки). На каждом режиме после его стабилиза­ ции закрывают манифольдную задвижку и измеряют давление

ность смеси в НКТ при соответствующих режимах. Если допол­ нительно допустить, ЧТО р'см ^р"см , ТО

зоны, износа насоса. Если дебит снизился при понижении дина­ мического уровня, то образовалась забойная пробка или ухуд­ шились свойства призабойной зоны. При отсутствии понижения динамического уровня причиной снижения дебита служит газ, поступающий в значительном количестве в насос. При этом обычно повышается давление в затрубном пространстве или воз­ растает подача после остановки.

В БашНИПИнефти предложена методика исследования ра­ боты насоса и скважины в три этапа: сначала исследуют работу ЭЦН на многофазной смеси, поступающей из пласта, а затем по замкнутой системе «ЭЦН — подъемные трубы — затрубное пространство — ЭЦН» последовательно на воде и дегазирован-

щая центру Оз) служит осью вращения всего винта. Расстояние, на которое центр поперечного сечения (круг) винта отстоит от его оси, называют эксцентриситетом е.

Во время работы насоса винт совершает сложное движение. Винт вращается вокруг своей оси, т. е. каждое поперечное сече­ ние винта (круг) вращается вокруг своего центра ОгОдновре­ менно ось винта (ось винтовой линии) совершает планетарное движение в обратном направлении (вращается по окружности 5 диаметром d=2e с центром Oj). Картина движения винта стано­ вится понятной, если представить себе неподвижное зубчатое колесо с внутренним зацеплением по окружности 6 диаметром D = 4е, по которому катится шестерня (окружность 4 диаметром <4=2е), причем сама шестерня вокруг своей оси катится в об­ ратном направлении.

При таком движении винта для сечения насоса, показанного на рис. 9.16, за один оборот сечение винта переместится из край­ него нижнего положения в крайнее верхнее и возвратится назад, а точка А на контуре сечения винта будет вращаться вокруг цен­ тра Ог и касаться поверхности обоймы. Сечение внутренней по­ лости обоймы можно представить двумя раздвинутыми друг от друга на расстояние £> = 4е полуокружностями диаметром D и двумя общими касательными. Тогда площадь сечения 7, заня­ того откачиваемой жидкостью, при любом положении сечения винта равна 4eD. Винт и обойма по своей длине образуют ряд последовательных замкнутых полостей, так как гребень спирали винта по всей длине находится в непрерывном соприкосновении

в

11 ZZZZ22''

нЗ'

Vz7

/Z

Г//

Pwc. P./5. .Принципиальные схемы гидропоршневых насосов одинарного (а), двойного (б) и дифференциального (в) действия:

поршнем через отверстие 8 сообщается с затрубным простран­

ством скважины.

В насосе двойного действия (см. рис. 9.18, б) подача сква­ жинной жидкости происходит при ходе поршня 9 вверх и вниз, т. е. при прочих равных условиях почти в 2 раза больше подачи насоса одинарного действия. В них, например, при ходе поршня вверх одновременно происходит всасывание в полость под порш­ нем и нагнетание жидкости в линию 1 из полости над поршнем.

Гидропоршневой насосный агрегат дифференциального типа (см. рис. 9.18, в) работает за счет перепада давления Дрд, со­ здаваемого разностью между давлением рабочей жидкости и давлением откачиваемой жидкости. Поршень 9 насоса 10 изго­ товлен сквозным с расположенным в нем нагнетательным кла­ паном 13. Работает насос аналогично ШСН. Движение поршне­ вой группы вниз происходит под действием силы, равной произ­ ведению Дрд на площадь сечения штока. При этом закрывается клапан 12, открывается клапан 13 и в подъемный канал 1 вы­ талкивается часть откачиваемой жидкости в объеме штока 6, входящего в цилиндр насоса 10. При крайнем нижнем поло­ жении поршневой группы посредством продольной канавки в штоке над и под золотником создается давление рабочей жид­ кости. Поскольку нижняя головка золотника диаметром больше верхней, то золотник под действием разности сил (произведе­ ние давления на площадь) поднимается вверх и сообщает по-

лость над поршнем 5 двигателя с полостью выкида скважинной жидкости 1. Так как под поршнем двигателя всегда давление нагнетаемой рабочей жидкости, то на поршень 5 двигателя дей­ ствует сила, обусловленная перепадом Ард, и поршневая группа начинает двигаться вверх. При этом закрывается клапан 13, от­ крывается клапан 12, происходит нагнетание скважинной жид­ кости и всасывание свежей порции в цилиндр насоса.

Реализованные серийные или опытные образцы представ­ ляют собой в основном агрегаты с двигателем и насосом двой­ ного или дифференциального действия. Наиболее простые в кон­ структивном исполнении ГПНА дифференциального типа, од­ нако у агрегатов двойного действия более высокий коэффициент полезного действия и более плавный режим работы.

По типу принципиальной схемы циркуляции рабочей жидко­ сти различают открытые и закрытые ГПНУ. В установках с за­ крытой схемой рабочая жидкость из гидродвигателя и откачи­ ваемая скважинная жидкость поднимаются на поверхность по своим отдельным каналам соответственно в блок подготовки и в нефтесборный промысловый трубопровод, поэтому в скважине необходимо иметь три раздельных канала. В установках с от­ крытой схемой рабочая жидкость, выйдя из гидродвигателя, смешивается с продукцией скважины и поднимается на поверх­ ность по общему каналу. В этом случае необходимо иметь только два раздельных канала. Три канала могут быть созданы тремя рядами НКТ или двумя рядами НКТ и пакером, а два канала — двумя рядами НКТ или одним рядом НКТ и пакером.

По способу спуска ГПНА в скважину различают ГПНУ фик­ сированные (спускаемые на колонне НКТ) и свободные (сбра­ сываемые в скважину). Для монтажа свободных ГПНА в ниж­ ней части труб устанавливают герметизирующее седло, а на устье — ловитель и специальную обвязку, позволяющую изме­ нять направления потоков в колоннах НКТ. При спуске агре­ гата колонны НКТ заполняют жидкостью, после чего спускают агрегат, который под действием потока жидкости, подаваемой силовым насосом, опускается, устанавливается в герметизирую­ щем седле и фиксируется замком. Резиновые уплотняющие ман­ жеты размещены на ГПНА. При подъеме создают обратный по­ ток жидкости, под действием которого агрегат извлекается из замка и перемещается вверх к устью, где захватывается лови­ телем.

Сочетание рассмотренных схем может быть различным. Это обусловливает создание разных вариантов конструкций сква­ жинного оборудования. Максимальный отбор жидкости и про­ стота установки достигаются применением схем фиксированных или свободных ГПНА и открытых ГПНУ с использованием од­ ного ряда труб и пакера. При открытой схеме рабочей жид­ костью служит добываемая нефть. Для отделения газа, воды и

механических примесей применяют сепараторы, отстойники и

иногда деэмульгаторы — ПАВ.

Подачу гидропоршневого насоса двойного д^йствид можно записать как сумму подач при ходе вниз Vi и цри ходе вверх

соса, учитывающий различные утечки, незаполнеяие цилиндра, влияние газа, усадку нефти и др. Устойчивость цггокп на сжа­ тие ограничивает 5 до 0,8 м, а инерция поршнецой группы, зо­ лотника и жидкости — п до 30—60 мин-1. Аналогично запишем суточный расход рабочей жидкости гидродвигателя двойного действия

ад — коэффициент, учитывающий утечки в зазоре между цилин­ дром и поршнем, в клапанах, протечки в золотниковом устрой­ стве и муфтовом соединении НКТ. Взяв отношение Q к Qp, по­ лучим

Из соотношения (9.104) следует, что, регулируя расход ра­ бочей жидкости, можно изменять отбор скважинной продукции.

При работе ГПНА двойного действия на поршни двигателя и насоса действуют давления соответственно нагнетаемой рабо­ чей жидкости на поршень двигателя рд, отработанной рабочей жидкости на поршень двигателя ррв, скважинной продукции со стороны выкидной линии на поршень насоса рС8 и скважинной жидкости со стороны затрубного пространства на поршень на­ соса рс. Тогда условия движения поршней вверх

где QTp — сила трения в ГПНА. Из этих соотношений находим неизвестные давления рабочей жидкости на поршень двигателя при ходе вверх р'д и вниз р"д. Анализ показывает, что р'д и р"д различны, в результате чего происходят упругие деформации

НКТ. Давление рабочей жидкости на выходе силового поверх­ ностного насоса

где АрТ — потери давления на трение при подаче рабочей жид­ кости; р Ст — гидростатическое давление, создаваемое рабочей жидкостью в скважине. В настоящее время давление рсн— ^21 МПа, иногда его повышают до 35 МПа. Коэффициент по­ лезного действия ГПНУ достигает 0,65. Экономическая эффек­ тивность применения ГПНУ по сравнению с насосным оборудо­ ванием других типов возрастает с увеличением глубины под­ вески ГПНА. Увеличение высоты подъема и подачи может быть достигнуто применением тандемов-агрегатов, у которых в одном корпусе монтируются два и более насосов, а также гидродвига­ телей, соединенных общим штоком, но работающих парал­ лельно.

1200 м3/сут при высоком содержании в скважинной продукции воды (до 98 %), песка (до 2 %) и агрессивных компонентов. Их применение особенно эффективно при эксплуатации наклон­ ных скважин, в которых работа штанговых насосов оказывается невозможной, а также при разбуривании месторождений кус­ тами скважин, в том числе на месторождениях Западной Си­ бири, что позволяет обслуживать одной ГПНУ несколько ГПНА.

Для эксплуатации скважин на промыслах испытываются гидроимпульсные, струйные насосы, установки погружных насо­ сов с гибким валом от поверхностного двигателя, длинноходо­ вые насосные установки с ленточным тяговым органом и др. Началось применение на отечественных промыслах не имеющих аналогов за рубежом установок диафрагменных электронасосов УЭДН, которые обеспечивают подачу 4—16 м3/сут при напоре 650—1700 м.

§ 9.10. ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕСКОЛЬКИХ ПЛАСТОВ ОДНОЙ СКВАЖИНОЙ

Одновременно-раздельная эксплуатация (ОРЭ) позволяет реа­ лизовать систему раздельной разработки объектов многопласто­ вого месторождения (см. § 1.5) одной сеткой скважин, а также является одним из методов регулирования разработки место­ рождения (см. § 4.1) при экономии народнохозяйственных

средств.

Применение ОРЭ технико-экономически целесообразно при наличии в разрезе многопластового месторождения отдельных продуктивных пластов, различающихся коллекторскими свой­ ствами (проницаемость, пористость), свойствами (вязкость.

состав) и условиями залегания (пластовое давление, газовая шапка) флюидов. При этом пласты должны быть сложены из устойчивых пород, а расстояние между ними — достаточным для создания цементного кольца, надежно предотвращающего перетоки жидкости при максимально возможных перепадах дав­ ления, и для посадки пакера. Перепад давения на 1 м высоты цементного кольца должен быть не более 2 МПа, а для надеж­ ной посадки пакера требуется высота не менее 3 м. Оборудова­ ние для ОРЭ должно обеспечивать надежное разобщение пла­ стов, создание заданного забойного давления против каждого пласта, регулирование и измерение дебита из каждого пласта, а также проведение всех других технологических операций, ко­ торые осуществляют в скважинах, вскрывающих только один пласт (освоение, интенсификация продуктивности, ремонт и т. .д.). Применительно к скважинам больших диаметров легче достичь выполнения всех этих требований и создать надежное оборудование. В случае эксплуатации каждого пласта по от­ дельному каналу в скважине (без смешения продукции) су­ щественно усложняется необходимое оборудование, однако не вызывает затруднений проведение регулирования и исследова­ ния дебитов. При возможности смешения продукции упроща­ ется оборудование и усложняется регулирование и исследова­ ние дебитов каждого пласта.

Различают одновременно-раздельную добычу нефти (ОРД), закачку воды (ОРЗ) и их сочетание (ОРДЗ). Одной скважиной обычно эксплуатируют только два пласта. Эксплуатация трех и более пластов затруднена и поэтому применяется крайне редко. В гл. 3 рассмотрена ОРЗ. Схемы оборудования для ОРД зависят от комбинации различных способов эксплуатации в од­ ной скважине. Принято технологическую схему ОРД именовать названием способов эксплуатации пластов по ходу снизу вверх.

лифтным.

При фонтанной эксплуатации обоих пластов можно выде­ лить схемы оборудования с применением одной колонны, кон­ центричных и параллельных колонн НКТ. Оборудование с при­ менением параллельных колонн НКТ используют, когда смеше­ ние продукции пластов недопустимо. Параллельная подвеска труб предусмотрена в установке типа УФ2П для 146- и 168-мм

Конструкция фонтанной арматуры позволяет демонтировать фонтанную елку без глушения скважины, а также проводить