Способ освоения скважины и/или вывода ее на оптимальный режим после ремонта

Изобретение относится к добыче жидкости из скважин механизированным способом при помощи погружных центробежных насосных установок с регулируемым электроприводом и может быть использовано для освоения добывающих нефтяных скважин, преимущественно малодебитных и среднедебитных скважин, и/или вывода их на оптимальный режим после ремонта. Обеспечивает сокращение сроков и повышение качества освоения скважин и/или вывода их на оптимальный режим после ремонта, увеличение межремонтного периода оборудования. Сущность изобретения: по способу откачку жидкости из скважины чередуют с накоплением жидкости в скважине при выключенной установке. Регулируют среднеинтегральную во времени производительность установки изменением соотношения продолжительности откачки жидкости из скважины и продолжительности накопления жидкости в скважине. Согласно изобретению освоение скважины, вывод ее на оптимальный режим и последующую эксплуатацию осуществляют регулируемой установкой производительностью более 80 м³/сут. Давление, развиваемое установкой при откачке жидкости из скважины, регулируют изменением скорости вращения насоса таким образом, чтобы коэффициент полезного действия (КПД) насоса во всем диапазоне регулирования составлял не менее 0,9 максимального значения КПД для данной скорости вращения. Работа установки осуществляется в периодическом кратковременном режиме, при котором продолжительность откачки жидкости из скважины и продолжительность накопления жидкости в скважине не превышают продолжительности откачки жидкости из скважины и продолжительности накопления жидкости в скважине, необходимых для достижения теплового равновесия элементов установки с окружающей средой.

 

Область техники.

Изобретение относится к добыче жидкости из скважин механизированным способом при помощи погружных центробежных насосных установок (УЭЦН) с регулируемым электроприводом и может быть использовано для освоения добывающих нефтяных скважин, преимущественно малодебитных и среднедебитных скважин, и/или вывода их на оптимальный режим после ремонта.

Уровень техники.

Известен способ освоения скважин периодическим включением УЭЦН на 1 час с последующим отключением на 1,5 часа (Установки погружных центробежных насосов АЛНАС. Инструкция по эксплуатации УЭЦНА РЭ. ЕЮТИ.Н.354.000 РЭ. Альметьевск. ОАО «АЛНАС», 2004, стр.39-40) с регулярным контролем динамического уровня пластовой жидкости в межтрубном пространстве скважины и тока, потребляемого погружным электродвигателем (ПЭД). Перевод УЭЦН на непрерывную работу осуществляют при достижении минимально допустимой скорости охлаждающей ПЭД пластовой жидкости.

Недостатками способа являются длительный срок и невысокое качество освоения скважин и/или вывода их на оптимальный режим после ремонта. Они обусловлены необходимостью проведения большого количества измерений и расчетов для коррекции режимов работы установки, а также невысокой скоростью изменения депрессии на пласт вследствие использования УЭЦН малой производительности, равной дебиту скважины.

Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа изобретения, является способ вывода скважин на оптимальный режим после ремонта (RU 2202034) в циклическом режиме. При ремонте устанавливают насос с номинальной производительностью, большей максимального дебита скважины до производства ремонта. Время работы насоса после ремонта равно функционалу от граничных условий работы насоса, времени и скорости заполнения межтрубного пространства. Время работы насоса в первом цикле назначают минимальным и равным 1,5-1,7 часа.

Недостатками способа являются длительный срок и невысокое качество освоения скважин и/или вывода их на оптимальный режим после ремонта, а также сокращение межремонтного периода (МРП) оборудования вследствие его перегрузки при освоении скважин и/или выводе их на оптимальный режим после ремонта, связанной с длительной работой УЭЦН в неоптимальных режимах при слабом притоке.

Раскрытие изобретения.

Задачей изобретения является сокращение сроков и повышение качества освоения скважин и/или вывода их на оптимальный режим после ремонта, увеличение МРП оборудования.

Предложен способ, согласно которому для освоения скважины и/или выводе ее на оптимальный режим после ремонта используют регулируемую УЭЦН. Откачку жидкости из скважины чередуют с накоплением жидкости в скважине при выключенной установке. Среднеинтегральную во времени производительность установки регулируют изменением соотношения продолжительности откачки жидкости из скважины и продолжительности накопления жидкости в скважине. УЭЦН выбирают производительностью более 80 м³/сут., превышающей расчетный дебит скважины в установившемся режиме эксплуатации более чем в 2 раза. Давление, развиваемое УЭЦН при откачке жидкости из скважины, регулируют изменением скорости вращения насоса таким образом, чтобы КПД насоса во всем диапазоне регулирования составлял не менее 0,9 максимального значения КПД для данной скорости вращения. Продолжительность откачки жидкости из скважины и продолжительность накопления жидкости в скважине регулируют таким образом, чтобы работа УЭЦН осуществлялась в периодическом кратковременном режиме, при котором продолжительность откачки жидкости из скважины и продолжительности накопления жидкости в скважине не превышают продолжительности откачки жидкости из скважины и продолжительность накопления жидкости в скважине, необходимых для достижения теплового равновесия элементов установки с окружающей средой.

Данное сочетание существенных признаков изобретения является новым, т.к. в известных способах освоения добывающих нефтяных скважин и/или вывода их на оптимальный режим после ремонта подобное сочетание существенных признаков не встречается.

От прототипа предложенный способ отличается тем, что при подборе оборудования в его состав включают погружной центробежный насос (ЭЦН) с подачей более 80 м³/сут., превышающей расчетный дебит скважины в установившемся режиме более чем в 2 раза, и ПЭД соответствующей мощности.

Освоение скважин с помощью УЭЦН аналогично свабированию. Наиболее важным параметром, определяющим сроки и качество освоения скважин свабированием, является скорость изменения депрессии на пласт, определяемая скоростью движения сваба.

В предложенном способе выбирают УЭЦН, производительность которой в несколько раз превышает дебит скважины. Более производительная установка дает возможность быстрее откачивать жидкость из скважины и, соответственно, получить скорость изменения депрессии на пласт в несколько раз большую, чем в прототипе. Поэтому применение предложенного способа позволяет сократить сроки и повысить качество освоения скважин и/или вывод их на оптимальный режим.

Положительной особенностью прототипа является цикличность воздействия на пласт изменением депрессии, что очень эффективно вследствие лучшей очистки зафильтровой зоны от продуктов кольматации и шлама. В предложенном способе продолжительность периода работы оборудования, равная сумме продолжительности откачки жидкости из скважины и продолжительности накопления жидкости в скважине, в несколько раз меньше, чем в прототипе, вследствие эксплуатации УЭЦН в периодическом кратковременном режиме. Поэтому изменение депрессии осуществляют с большей, чем в прототипе, частотой, что также повышает качество освоения скважин и/или вывод их на оптимальный режим.

ЭЦН с подачей более 80 м³/сут., предназначенные для эксплуатации высокодебитных скважин, обладают гораздо более высоким КПД (η=50÷60%) по сравнению с КПД (η=30÷40%) ЭЦН для эксплуатации среднедебитных скважин (Q₀=20÷80 м³/сут.). Данное обстоятельство позволяет при совершении аналогичной работы затрачивать меньше энергии и выделять меньше тепла, что дает возможность эксплуатировать высокопроизводительное оборудованию в менее теплонагруженном режиме, особенно в условиях недостаточного охлаждения, наблюдаемого при освоении скважин и/или выводе их на оптимальный режим после ремонта.

Снижению тепловых нагрузок на оборудование способствует также применение в предложенном способе регулирования УЭЦН. Регулирование давления, развиваемого УЭЦН при откачке жидкости из скважины, осуществляют изменением скорости вращения ЭЦН посредством изменения частоты питающего ПЭД переменного тока при помощи преобразователя частоты (ПЧ), входящего в состав станции управления (СУ). Среднеинтегральную во времени производительность установки регулируют изменением соотношения продолжительности откачки жидкости из скважины и продолжительности накопления жидкости в скважине. Вследствие возможности разделения способов регулирования давления и производительности УЭЦН можно обеспечить работу ЭЦН в оптимальном режиме, которому соответствует максимальное значение КПД, при изменении скорости вращения ЭЦН в широких пределах.

Наиболее радикальным средством исключения тепловых перегрузок оборудования при освоении скважин и/или выводе их на оптимальный режим после ремонта является применение в предложенном способе периодического кратковременного режима работы. Отличительной особенностью данного режима работы является то, что продолжительность работы при откачке жидкости из скважины и продолжительность паузы при накоплении жидкости в скважине не превышают продолжительности работы и продолжительности паузы, необходимых для достижения теплового равновесия элементов установки с окружающей средой.

В способе, принятом за прототип, оборудование работает в продолжительном режиме, при котором оборудование достигает теплового равновесия с окружающей средой и температура УЭЦН поднимается до максимального значения при данных нагрузке и условиях охлаждения. Максимальная температура оборудования может превысить предельно допустимую, что приведет к его отказу при освоении скважины и/или выводе ее на оптимальный режим после ремонта, либо к снижению надежности работы в процессе дальнейшей эксплуатации.

В предложенном способе, благодаря периодическому кратковременному режиму работы оборудования, его максимальная температура существенно ниже, чем в прототипе. Поэтому перегрев оборудования при освоении скважины и/или выводе ее на оптимальный режим после ремонта практически исключен, что ведет к увеличению МРП оборудования.

Продолжительность работы оборудования в предложенном способе меньше продолжительности паузы, т.е. продолжительность включения оборудования, равная отношению продолжительности работы к сумме продолжительностей работы и паузы, меньше 50%, что является типовым значением для прототипа. Несмотря на это, сроки освоения скважины и/или вывода ее на оптимальный режим после ремонта по сравнению с прототипом сокращаются вследствие применения оборудования производительностью, превышающей дебит скважины в несколько раз.

Предложенная совокупность технических решений не является очевидной, т.к. работа оборудования в периодическом кратковременном режиме сопровождается увеличением частоты воздействия на него ударных пусковых перегрузок: электрических, механических и гидравлических. В предложенном способе, в отличие от прототипа, данный недостаток себя не проявляет благодаря наличию в составе оборудования СУ с ПЧ, который дает возможность осуществлять «мягкий» безударный пуск УЭЦН, что также способствует увеличению МРП.

Таким образом, применение способа позволяет сократить сроки и повысить качество освоения скважин и/или вывод их на оптимальный режим после ремонта, увеличить МРП оборудования.

Осуществление изобретения.

Для осуществления предложенного способа освоения скважины и/или вывода ее на оптимальный режим после ремонта выбирают УЭЦН с насосом с подачей в 5-10 раз больше расчетного дебита скважины в установившемся режиме эксплуатации. В примере, приведенном в прототипе, выбран ЭЦН с подачей 50 м³/сут., что больше дебита скважины (30 м³/сут.) в 1,7 раза. Для аналогичной скважины при осуществлении предложенного способа следует выбрать насос с подачей 150÷300 м³/сут. Для расчета выберем насос с подачей 200 м³/сут., что в 6,7 раза больше дебита скважины. ЭЦН с подачей 200 м³/сут. обеспечит в 4 раза большую скорость откачки жидкости из скважины по сравнению с насосом, имеющим подачу 50 м³/сут. В 4 раза больше будет и скорость изменения депрессии на пласт.

При подобном соотношении дебита скважины и производительности установки в установившемся режиме эксплуатации скважины продолжительности паузы УЭЦН будет в 5,7 раза больше продолжительности работы. Продолжительность включения оборудования составит при этом 15%. Для освоения скважины и/или вывода ее на оптимальный режим после ремонта можно выбрать большее значение продолжительности включения, например: 33%. Подобному значению продолжительности включения будут соответствовать, например: продолжительность работы 5 минут при паузе 10 минут.

С одной стороны, такие значения продолжительности работы и паузы обеспечат в предложенном способе большую среднюю производительность УЭЦН: 67 м³/сут. Для сравнения, в прототипе средняя производительность УЭЦН составит примерно 25 м³/сут., при продолжительности работы и продолжительности паузы 2÷3 часа и продолжительности включения около 50%. Это ускорит освоение скважины и/или вывод ее на оптимальный режим после ремонта.

Частота изменения депрессии на пласт в предложенном способе составит 4 раза в час, что в среднем в 20 раз больше, чем в прототипе. Увеличение частоты воздействия на пласт, наряду с тем, что скорость изменения депрессии в предложенном способе в 4 раза больше по сравнению с прототипом, способствует повышению качества освоения скважины.

С другой стороны, подобные значения продолжительности работы и паузы в предложенном способе гарантируют работу УЭЦН в периодическом кратковременном режиме, что исключает перегрев оборудования. В прототипе режим работы будет продолжительным, что может вызвать перегрев оборудования, его отказ при освоении скважины и/или вывод ее на оптимальный режим после ремонта или снижение надежности работы в процессе дальнейшей эксплуатации.

Освоение скважины и/или вывод ее на оптимальный режим после ремонта в соответствии с предложенным способом ввиду отсутствия опасности перегрева оборудования осуществляют без остановок для проведения измерений, выполнения расчетов и внесения корректив в процесс освоения скважины. В процессе освоения скважины и/или вывода ее на оптимальный режим после ремонта необходимо только на основании замеров динамического уровня и предварительных расчетов соответствующим образом изменять частоту переменного тока на выходе СУ с ПЧ для регулирования скорости вращения ЭЦН с целью обеспечения его работы в оптимальном режиме.

Предложенный способ обеспечивает выполнение поставленной задачи: сокращение сроков и повышение качества освоения скважин и/или вывода их на оптимальный режим после ремонта, увеличение МРП оборудования.

Принятые сокращения.

КПД - коэффициент полезного действия;

МРП - межремонтный период;

ПЧ - преобразователь частоты переменного тока;

ПЭД - погружной электродвигатель;

СУ - станция управления;

УЭЦН - установка погружная центробежного насоса с электрическим приводом;

ЭЦН - погружной центробежный насос с электрическим приводом.

Способ освоения скважины и/или вывода ее на оптимальный режим после ремонта погружной установкой лопастного насоса с электрическим приводом, согласно которому откачку жидкости из скважины чередуют с накоплением жидкости в скважине при выключенной установке и регулируют среднеинтегральную во времени производительность установки изменением соотношения продолжительности откачки жидкости из скважины и продолжительности накопления жидкости в скважине, отличающийся тем, что освоение скважины, вывод ее на оптимальный режим и последующую эксплуатацию осуществляют регулируемой установкой производительностью более 80 м³/сут, превышающей расчетный дебит скважины в установившемся режиме эксплуатации более чем в 2 раза, давление, развиваемое установкой при откачке жидкости из скважины, регулируют изменением скорости вращения насоса таким образом, чтобы КПД насоса во всем диапазоне регулирования составлял не менее 0,9 максимального значения КПД для данной скорости вращения, продолжительность откачки жидкости из скважины и продолжительность накопления жидкости в скважине регулируют таким образом, чтобы работа установки осуществлялась в периодическом кратковременном режиме, при котором продолжительность откачки жидкости из скважины и продолжительность накопления жидкости в скважине не превышали продолжительности откачки жидкости из скважины и продолжительности накопления жидкости в скважине, необходимых для достижения теплового равновесия элементов установки с окружающей средой.