Основы вертикально-раздельной добычи нефти и воды и обводнившихся скважин

      Для эффективного использования энергии  растворенного в нефти газа необходимо обеспечить, чтобы его выделение  в свободное состояние происходило  в НКТ. Это условие можно выполнить, подбирая диаметр используемых НКТ.   

      Таким образом, изменяя производительность насоса,  выбирают оптимальный режим эксплуатации скважины и стабилизируют его, контролируя по глубине положение пика акустической эмиссии при выделении свободного газа, одновременно следя за положением границы «нефть-вода», не допуская ее опускания к насосу (т.е., не допуская закачку нефти в нижний пласт).

      Разумеется, оба контролируемых параметра можно  определять и иными способами, в  частности, с помощью манометров, установленных на забое, на входе  в НКТ и на устье.

3. Вертикально-раздельная эксплуатация обводненных многопластовых скважин.

      В 2005 г. на заседании нефтяной секции ЦКР Роснедра были рассмотрены вопросы  повышения эффективности эксплуатации скважин на многопластовых месторождениях.

      В протоколе заседания №3367 от 28.04.2005 г. были подтверждены:

      -       перспективность технологий одновременной эксплуатации нескольких эксплуатационных объектов (пластов) на многопластовых месторождениях одной сеткой скважин;

      -       обязательность использования надежной системы контроля и регулирования процессов выработки запасов по каждому пласту;

      -       повышенные требования к мониторингу равномерности заводнения залежей и определению скорости продвижения фронта вытеснения нефти водой по высокопроницаемым пластам.

      Для реализации этих требований, в частности, недропользователям рекомендовано использовать технологию и оборудование одновременно-раздельной разработки нескольких эксплуатационных объектов с помощью интеллектуальных скважин с многопакерными компоновками.

      Отмечая неоспоримые достоинства технологии одновременно-раздельной разработки нескольких эксплуатационных объектов (технология ОРРНЭО), предложенной НИИ «СибГеоТех» и НИИ «Газлифт» (Патент РФ № 2211311), тем не менее, необходимо признать, что данный способ добычи нефти не является оптимальным для всех существующих режимов работы скважин.

      В частности, его использование в  малодебитных многопластовых обводненных скважинах вряд ли будет экономически оправданным из-за относительно большой стоимости комплекта оборудования, спускаемого в скважину, затрат на его установку и техническое обслуживание, потерь времени и средств на управление пообъектными компоновками.

      Для таких скважин более выгодным будет режим одновременной вертикально-раздельной эксплуатации нескольких эксплуатационных объектов (пластов) одним стволом  с постоянным мониторингом выработки  запасов по каждому объекту. Этот подход на сегодняшний день становится еще более актуальным, поскольку, сейчас большинство месторождений нефти в России находятся на поздней стадии освоения, имея значительную обводненность. 
 
 

1.   Существующие технологии  вертикально-раздельной  эксплуатации обводненной скважины.

      Известны  способы раздельной откачки воды и нефти в скважинах с гидростатическим разделением нефти и воды в  стволе скважины, когда нефть собирается в верхней части, а вода, соответственно, внизу ствола.

      1. В изобретениях № 2117138, № 2029855, № 1782294, № 1585556 патентуется способ  и устройства добычи, заключающиеся  в том, что используется поочередная  откачка нефти и воды одним  насосом с устройством переключения  компонентов. Недостатки: образование водонефтяной эмульсии в моменты переключения, увеличенные непроизводительные затраты на откачку и утилизацию воды, отсутствие контроля пообъектных расходов в многопластовых скважинах.   

      Рис.3.1. Способ раздельной откачки

      по  изобретениям № 2117138, № 2029855, 

      № 1782294, № 1585556  

      2. В изобретениях № 2364712, № 2364711, № 2364710 описывается второй способ  реализации принципа, с использованием  двух винтовых насосов, расположенных  на одной оси, которые должны  одновременно качать: нефть –  насосом 1 на поверхность, воду – насосом 2 в пласт, отсеченный пакером 3.

      Неустранимым  недостатком таких устройств  является отсутствие контроля за положением границы раздела «нефть-вода»  и невозможность оперативного изменения  производительности, хотя б ы одного насоса.  Это приводит к тому, что откачка происходит либо нефти вверх и нефти с водой – вниз, либо только воды вниз и нефти с водой – вверх. Отсутствует также контроль пообъектных расходов в многопластовых скважинах.    
 

          

      Рис.3.2. Способ откачки по  изобретениям № 2364712,  
№ 2364711, № 2364710

      3. В литературе представлена технология, реализующая  подземное разделение нефти и воды и закачку воды в принимающий пласт. В технологии используют различные  способы разделения: гидростатическое, сепарация гидроциклонами и центрифугами.

      Работы  по данному направлению ведутся  с конца прошлого века. Данная ссылка связана с именем профессора государственного университета Луизианы Andrew Wojtanowicz.

       На конец 2004 г. было сообщено более  чем о ста испытаниях данной технологии.   

 

 3.2. Практическая реализации технологии вертикально-раздельной эксплуатации

      Технология  вертикально-раздельной эксплуатации предназначена для эксплуатации скважин, имеющих, как минимум, два пласта, один из которых (обычно – нижний) может использоваться для закачки притекающей в скважину воды.

      Технология  включает в себя (рис.4.3) перекачивающее оборудование 1, систему контроля и  управления оборудованием 3, устройство контроля глубины границы раздела «вода-нефть».

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Рис.3.3. Технология вертикально-раздельной эксплуатации   

      Перекачивающее  оборудование предназначено для  откачки нефти на поверхность (добывающее оборудование) и закачки воды в принимающий пласт (насосная установка). Для откачки нефти, в принципе, может использоваться любое оборудование – штанговые и погружные насосы, газлифт, даже фонтанирование.  В насосной установке – только пакерованные (2) погружные насосы.

      Система контроля и управления обеспечивает: а) измерение параметров флюида на входе скважинных частей перекачивающего оборудования, в частности – давления, для чего может использоваться стандартная система ТМС; б) регулировку производительностей насосной установки и добывающего оборудования (эту задачу с успехом выполняют серийные станции управления).

      В качестве устройства контроля глубины  границы раздела «вода-нефть» может  использоваться любое устройство, принцип  работы которого позволяет решить эту  задачу.

      Можно, например, измерять разницу показаний манометров ТМС насосной установки и добывающего оборудования и по полученному значению и по значениям плотностей нефти и воды рассчитывать высоту столба воды относительно нижнего манометра.

      HВ  = (&P – ρH · L)/( ρВ – ρH)                                                              (3.1),

      где HВ – высота столба воды относительно нижнего манометра; 

      &P –  разница показаний манометров; 

      ρH, ρВ – плотности нефти и воды соответственно; 

      L – расстояние между ТМС насосной  установки и добывающего оборудования.

      Работа  скважины по технологии вертикально-раздельной эксплуатации происходит следующим  образом.

      Глобулы нефти, входящей в ствол, всплывают  в воде и на определенной глубине  формируется граница «вода-нефть». Устройство контроля границы раздела «вода-нефть» определяет глубину этой границы, а система контроля и управления, регулируя производительности добывающего оборудования и насосной установки, поддерживает ее на заданном уровне между входом в добывающее оборудование и входом в насосную установку.

      Таким образом, добывающее оборудование откачивает из скважины только нефть, а насосная установка закачивает в нижний пласт  только воду. Объем добываемой нефти  может быть замерен на поверхности, объем закачиваемой воды может быть оценен по производительности насосной установки. Для точного измерения массы воды последовательно с насосной установкой может быть установлен однокомпонентный расходомер воды.

 

 

      3.3. Достоинства технологии вертикально-раздельной эксплуатации.

      A.   Вертикально-раздельная эксплуатация с управлением местоположения границы раздела «вода-нефть» обеспечивает раздельную откачку воды и нефти из ствола скважины без опасности  возникновения  эмульсии. Это, в свою очередь:

      -       облегчает работу насосов, увеличивая их межремонтный интервал;

      -       устраняет необходимость деэмульгации, обезвоживания и обессоливания добываемой нефти,

      -       снимает задачу утилизации подтоварной воды.  

      B.    Отсутствие воды в добываемой нефти снижает загидрачивание труб НКТ, выпадение солевых отложений.  

      C.   Проведение закачки известных объемов воды в добывающих скважинах позволяет:

      -       вести контроль за положением воды в залежи;

      -       обеспечивать требуемую равномерность заводнения;

      -       задавать скорость продвижения фронта вытеснения нефти водой в любом направлении;

      -       контролировать состояние среды в высокопроницаемых пластах

      -       упростить и удешевить реализацию задачи ППД.

 

 

      3.4. Технология вертикально-раздельной эксплуатации  
обводненных многопластовых скважин

      Реализация  технологии вертикально-раздельной эксплуатации многопластовых скважин возможна  только при наличии системы мониторинга раздельных  расходов нефти и воды каждого продуктивного объекта.

      Основным  элементом системы мониторинга  является двухкомпонентный расходомер, обеспечивающий измерение расхода потока одной жидкости в малоподвижном столбе другой жидкости (всплывание глобул нефти в воде, «утопление» глобул воды в столбе нефти).

      Принцип работы расходомера основан на измерении  текущего значения разности плотностей в двух трубках равной длины, расположенных на одной глубина. При этом через измерительную трубку протекает измеряемая жидкость, а во второй (опорной) трубке находится лишь одна из жидкостей. Если через измерительную трубку протекает та же жидкость, что и находится в опорной трубке, то плотности в обеих трубках – одинаковы, и дифференциальный манометр, входы которого подключены к низу трубок, на выходе имеет нулевой сигнал. Появление в потоке второй жидкости, например, всплывание глобул нефти в воде приводит к изменению плотности жидкости и появлению на выходе дифманометра сигнала.   

      

 

      Рис.3.4. Двухкомпонентный расходомер  

      В скважинном расходомере (рис.4.4.) в  качестве опорной трубки используется вертикальная измерительная колонка 2 длиной L, в качестве измерительной трубки – остальная часть трубы (колонна или НКТ), по которой течет поток. Первый вход (Б) дифференциального манометра 1 соединен с дном измерительной колонки, второй вход (А) соединен с окружающей средой.

      Поскольку измерительная колонка установлена вертикально, то в обводненной скважине она всегда будет заполнена только пластовой водой, и дифманометр будет измерять текущую разность плотностей: пластовой воды в  измерительной колонке и двухкомпонентной смеси, находящейся на интервале L, пропорциональную массе протекающей нефти. Если измерительный интервал скважины заполнен нефтью, то измерительная колонка все равно останется заполненной только пластовой водой, а выходной сигнал дифманометра будет пропорционален массе воды из верхних пластов, опускающихся на забой.