Мобильный комплекс для закачки жидкого диоксида углерода в нефтедобывающую скважину

Предлагаемое техническое решение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам по закачке жидкого диоксида углерода в нефтедобывающую скважину. Техническое решение обеспечивает снижение энергетических затрат, исключение риска образования газовых гидратов, интенсификацию добычи трудноизвлекаемых запасов высоковязкой нефти. Мобильный комплекс для закачки жидкого диоксида углерода в нефтедобывающую скважину включает терморегулируемую автомобильную цистерну с жидким диоксидом углерода, плунжерный насос высокого давления и систему автоматического контроля и управления давлением и температурой в линии нагнетания жидкого диоксида углерода. Терморегулируемая автомобильная цистерна выполнена с возможностью закачивания жидкого диоксида углерода с помощью плунжерного насоса высокого давления, приводом которого является дизельный генератор, выполненный с возможностью поступления его выхлопных газов в теплообменник и прогревания в нем выхлопными газами жидкого диоксида углерода до 50-90°С в линии нагнетания, а плунжерный насос высокого давления обеспечивает закачку рабочего агента в линии при давлении 10-30 МПа, и который снабжен пультом автоматического управления процессом закачки. При закачке рабочего агента с терморегулируемой автомобильной цистерны жидкий диоксид углерода при достижении критического давления диоксида углерода Р_кр=7,38 МПа и критической температуры Т_кр=31,1°С переходит в состояние сверхкритического флюида в линии высокого давления, а давление закачки диоксида углерода Р_{зак СО2} находится в диапазоне: больше давления критического Р_кр=7,38 МПа, но меньше давления разрыва пласта, но не более 0,75Р_{разр пл}. Мобильный комплекс дополнительно включает независимую мобильную установку типа ЦА-320, снабженную смесителем компонентов с помощью центробежного насоса и насосом высокого давления до 20 МПа, выполненную с возможностью закачивания по независимой линии закачки в добывающую скважину оторочек компонентов или их смесей. 1 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к нефтегазовой промышленности, а именно, к устройствам по закачке жидкого диоксида углерода в нефтедобывающую скважину. Техническое решение обеспечивает снижение энергетических затрат, исключение образования газовых гидратов, интенсификацию добычи трудноизвлекаемых запасов высоковязкой нефти.

Известна насосная установка для закачки жидкого диоксида углерода, описанная в патенте США 4.212.354 от 15.07.1980г., с помощью которой диоксид углерода закачивают в нефтяную или газовую скважину. Диоксид углерода транспортируется на скважину в транспортных цистернах при поддержании температуры и давления, достаточных для сохранения диоксида углерода в жидком состоянии. Жидкий диоксид углерода отводится и подкачивается до промежуточного давления бустерным (центробежным) насосом. Чтобы избежать вскипания в линии из-за падения давления при вытекании жидкого диоксида углерода, используется контур обратной связи между выходом бустерного насоса и цистерной. Испаритель, расположенный в контуре обратной связи, предназначен для испарения диоксида углерода, закачиваемого обратно в цистерну. Закачиваемое количество диоксида углерода контролируется для поддержания в цистерне достаточного давления, чтобы избежать вскипания в выходной линии. После бустерного насоса оставшаяся часть жидкого диоксида углерода накачивается насосом высокого давления до более высокого давления. Жидкий диоксид углерода высокого давления смешивается с другими жидкостями высокого давления и закачивается в скважину.

Наиболее близкой по технической сущности является мобильный комплекс (насосная установка) для закачки жидкого диоксида углерода в нефтедобывающую скважину, описанный в нашем патенте № 2677524 от 17.01.2019г.

Мобильный комплекс включает устройство приема и хранения жидкого диоксида углерода, которое содержит термостатируемую емкость, контур обратной связи, испаритель, вспомогательный насос и насос высокого давления, а также содержит систему автоматического контроля и управления давлением в термостатируемой емкости, систему автоматического контроля и управления давлением и температурой в линии нагнетания жидкого диоксида углерода, а также устройство нагрева жидкого диоксида углерода, размещенное в стволе скважины и обеспечивающее автоматический контроль и поддерживание температуры рабочего агента на забое не менее критической температуры диоксида углерода Т_кр = 31,1°С.

Кроме того, известный мобильный комплекс обеспечивает в стволе скважины и далее в пласте сверхкритическое состояние диоксида углерода для добычи высоковязкой нефти закачку жидкого диоксида углерода при температуре не менее Т_кр =31,1°С и давлении не менее Р_кр = 7,38 МПа.

Первым недостатком вышеуказанного комплекса является то, что схема устройства мобильного насосного комплекса для закачки жидкого диоксида углерода является избыточно сложной за счет включения в состав комплекса накопительной емкости, контура обратной связи, испарителя, вспомогательного насоса. Необходимость в указанных элементах отсутствует, если производить закачку жидкого диоксида углерода насосом высокого давления непосредственно с терморегулируемой автомобильной цистерны, предназначенной для транспортировки сжиженного диоксида углерода.

Вторым недостатком мобильного комплекса по патенту №2677524 от 17.01.2019 г. является то, что необходимая температура диоксида углерода - не менее критической температуры Т_кр =31,1°С - достигается только в стволе скважины и далее в пласте. Для повышения температуры в линии используют электрический нагревательный кабель, размещаемый в стволе скважины. Однако желательным является достижение указанной температуры диоксида углерода уже в линии нагнетания и на устье скважины, а также далее в стволе скважины и в пласте. Это необходимо для избежания технологических осложнений при проведении газоциклической закачки диоксида углерода (ГЦЗ-CO₂) в добывающие нефтяные скважины. Основной причиной таких осложнений является отрицательная температура -18...-27°С, которую имеет сжиженный диоксид углерода при транспортировке в автомобильных цистернах. Отрицательная температура рабочего агента неблагоприятна с точки зрения сохранения исправности скважинного оборудования, что отмечалось, в частности в работе G. T. Ha et al., «Design & Implementation of CO₂ Huff-n-Puff Operation in a Vietnam Offshore Field», Abu Dhabi International Petroleum Conference and Exhibition, 11-14 November 2012, Abu Dhabi, UAE, SPE-161835. Как указано в данной работе, при отрицательной температуре возможно охрупчивание и растрескивание материала труб НКТ и обсадной колонны, кроме того, низкие температуры отрицательно влияют на уплотнительные элементы оборудования скважины, изготовленные из различных полимеров. Кроме того, существенной проблемой при закачке диоксида углерода в скважину, в том числе, при осуществлении ГЦЗ-CO₂, является образование твердой фазы в линии нагнетания и в стволе скважины, например, формирование ледяных пробок (см. работу F. S. Palmer, R. W. Landry, S. Bou-Mikael, «Design and Implementation of Immiscible Carbon Dioxide Displacement Projects (CO₂ Huff-Puff) in South Louisiana», SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 5-8 October 1986, New Orleans, Louisiana, USA, SPE-15497) и образование гидратов диоксида углерода (см. работу S. Gondiken, «Camurlu Field Immiscible CO₂ Huff and Puff Pilot Project», Middle East Oil Show, 7-10 March 1987, Bahrain, SPE-15749). Данные явления негативно влияют на производительность процесса закачки диоксида углерода в скважину, на исправность оборудования и на безопасность выполнения работ. Для избежания образования твердой фазы необходимо поддерживание положительной температуры закачиваемого диоксида углерода, и предпочтительно — температуры более 10°С.

Задачей нашего изобретения является создание более эффективного и более просто устроенного мобильного комплекса для закачки жидкого диоксида углерода в нефтедобывающую скважину, обеспечивающего достижение температуры диоксида углерода не менее критической температуры Т_кр =31,1°С в линии нагнетания и далее в стволе скважины и в пласте с целью избежания технологических осложнений при закачке и обеспечения эффективной интенсификации добычи нефти.

Поставленная задача решается тем, что мобильный комплекс для закачки жидкого диоксида углерода в нефтедобывающую скважину, включающий терморегулируемую автомобильную цистерну с жидким диоксидом углерода, плунжерный насос высокого давления и систему автоматического контроля и управления давлением и температурой в линии нагнетания жидкого диоксида углерода, отличающийся тем, что терморегулируемая автомобильная цистерна выполнена с возможностью закачивания жидкого диоксида углерода с помощью плунжерного насоса высокого давления, приводом которого является дизельный генератор, выполненный с возможностью поступления его выхлопных газов в теплообменник и прогревания в нем выхлопными газами жидкого диоксида углерода до 50-90°С в линии нагнетания, а плунжерный насос высокого давления, обеспечивает закачку рабочего агента в линии при давлении 10-30 МПа, и который снабжен пультом автоматического управления процессом закачки, при этом при закачке рабочего агента с терморегулируемой автомобильной цистерны жидкий диоксид углерода при достижении критического давления диоксида углерода Р_кр =7,38 МПа и критической температуры Т_кр = 31,1°С переходит в состояние сверхкритического флюида в линии высокого давления, а давление закачки диоксида углерода Р _{зак СО2} находится в диапазоне: больше давления критического Р_кр =7,38 МПа, но меньше давления разрыва пласта Р_{разр пл}, но не более 0,75Р_{разр пл} , а также мобильный комплекс дополнительно включает независимую мобильную установку типа ЦА-320, снабженную смесителем компонентов с помощью центробежного насоса и насосом высокого давления до 20 МПа, выполненную с возможностью закачивания оторочек по независимой линии закачки в добывающую скважину оторочек компонентов или их смесей.

На нефтяных месторождениях наиболее распространено использование закачки жидкого диоксида углерода в нагнетательные скважины. Этот вариант требует больших капитальных затрат и реализуется в течение нескольких лет.

Второй способ обычно называют способом газоциклической закачки (ГЦЗ-CO₂), при этом используют одну и ту же скважину и в качестве нагнетательной, и в качестве добывающей. Способ ГЦЗ-CO₂ используют для интенсификации добычи нефти в стадии доработки истощенных и трудноизвлекаемых залежей нефти.

Предлагаемый мобильный комплекс предназначен для закачки жидкого диоксида углерода при условиях, обеспечивающих переход диоксида углерода в состояние сверхкритического флюида (СКФ–СО₂) в линии высокого давления при достижении критического давления диоксида углерода Р_кр = 7,38 МПа и критической температуры Т_кр = 31,1°С. Благодаря переходу диоксида углерода в состояние сверхкритического флюида обеспечивается особенно эффективное снижение вязкости нефти в пластовых условиях, поскольку сверхкритический диоксид углерода является эффективным растворителем органических веществ. Снижение вязкости существенно облегчает добычу вязкой и трудноизвлекаемой нефти.

Схема мобильного комплекса для закачки жидкого диоксида углерода в нефтедобывающую скважину приведена на Рис.1. Обозначения элементов Рис.1 приведены в тексте далее. На Рис.1 сплошными линиями показаны гидродинамические связи между элементами, а также механическая связь (привод) электродвигателя Э с насосом высокого давления P; пунктирными линиями показаны электрические связи между элементами.

Технологический процесс газоциклической закачки жидкого диоксида углерода в нефтедобывающую скважину включает доставку жидкого диоксида углерода на месторождение в терморегулируемых автомобильных цистернах для транспортировки сжиженного диоксида углерода, в которых поддерживают температуру -18…-27°С и давление 1,5 – 1,8 МПа.

С указанной автомобильной цистерны сжиженный диоксид углерода подается на вход плунжерного насоса высокого давления P, который обеспечивает закачку диоксида углерода в линию нагнетания и далее в ствол скважины, а затем в пласт с необходимым значением давления 10-30 МПа на устье скважины.

Плунжерный насос высокого давления приводится электродвигателем Э, источником электрической энергии для которого является дизельный генератор ДГ. Выхлопные газы дизельного генератора поступают в теплообменник T, расположенный в линии нагнетания после насоса высокого давления и до устья скважины. В данном теплообменнике прокачиваемый по линии нагнетания диоксид углерода нагревается за счет тепла выхлопных газов дизельного генератора до температуры до 50-90⁰С, с существенным запасом превышающей критическую температуру диоксида углерода Т_кр = 31,1⁰С.

Работа мобильного комплекса регулируется с пульта автоматического управления процессом закачки А, на который поступают данные с комбинированных датчиков давления и температуры Д, и который управляет работой дизельного генератора ДГ, электродвигателя Э привода насоса P и теплообменника T.

Согласно применяемой технологии с узла приготовления оторочек насосом независимой мобильной установки ЦА-320 осуществляют закачку оторочек в добывающие скважину.

Таким образом, мобильный комплекс обеспечивает закачку в скважину диоксида углерода в линии высокого давления при давлении не менее 10-30 МПа и температуре не менее 31,1°С, без технологических осложнений для увеличения интенсификации добычи высоковязкой и трудноизвлекаемой нефти. Кроме того, мобильный комплекс обеспечивает закачку оторочек в добывающую скважину. Оторочки закачивают с независимой мобильной установки типа ЦА-320, снабженной смесителем компонентов смеси с помощью центробежного насоса и насосом высокого давления до 20 МПа.

Насосные установки типа ЦА-320 выпускаются серийно, например, установки насосные марок УНБ-125х320 и АНЦ-320.

Достоинством предлагаемого комплекса является использование тепловой энергии выхлопных газов дизельного генератора для нагрева сжиженного диоксида углерода в линии высокого давления. Таким образом, исключается необходимость в отдельном источнике энергии для нагрева диоксида углерода и снижаются затраты на реализацию технологического процесса.

Технический результат достигается тем, что предложен более эффективный и более просто устроенный мобильный комплекс, от прототипа отличающийся тем, что терморегулируемая автомобильная цистерна выполнена с возможностью закачивания жидкого диоксида углерода с помощью плунжерного насоса высокого давления, приводом которого является дизельный генератор, выполненный с возможностью поступления его выхлопных газов в теплообменник и прогревания в нем выхлопными газами жидкого диоксида углерода до 50-90⁰С в линии нагнетания, а плунжерный насос высокого давления, обеспечивает закачку рабочего агента в линии при давлении 10-30 МПа, и который снабжен пультом автоматического управления процессом закачки, при этом при закачке рабочего агента с терморегулируемой автомобильной цистерны жидкий диоксид углерода при достижении критического давления диоксида углерода Р_кр =7,38 МПа и критической температуры Т_кр = 31,1°С переходит в состояние сверхкритического флюида в линии высокого давления, а давление закачки диоксида углерода Р _{зак СО2} находится в диапазоне: больше давления критического Р_кр =7,38 МПа, но меньше давления разрыва пласта, но не более 0,75Р _{разр пл} .

Кроме того, заявленный мобильный комплекс дополнительно включает независимую мобильную установку типа ЦА-320, снабженную смесителем компонентов с помощью центробежного насоса и насосом высокого давления до 20 МПа, выполненную с возможностью закачивания по независимой линии закачки в добывающую скважину оторочек компонентов или их смесей.

Мобильный комплекс для закачки жидкого диоксида углерода в нефтедобывающую скважину, включающий терморегулируемую автомобильную цистерну с жидким диоксидом углерода, плунжерный насос высокого давления и систему автоматического контроля и управления давлением и температурой в линии нагнетания жидкого диоксида углерода, отличающийся тем, что терморегулируемая автомобильная цистерна выполнена с возможностью закачивания жидкого диоксида углерода с помощью плунжерного насоса высокого давления, приводом которого является дизельный генератор, выполненный с возможностью поступления его выхлопных газов в теплообменник и прогревания в нем выхлопными газами жидкого диоксида углерода до 50-90°С в линии нагнетания, а плунжерный насос высокого давления обеспечивает закачку рабочего агента в линии при давлении 10-30 МПа, и который снабжен пультом автоматического управления процессом закачки, при этом при закачке рабочего агента с терморегулируемой автомобильной цистерны жидкий диоксид углерода при достижении критического давления диоксида углерода Р_кр=7,38 МПа и критической температуры Т_кр=31,1°С переходит в состояние сверхкритического флюида в линии высокого давления, а давление закачки диоксида углерода Р_{зак СО2} находится в диапазоне: больше давления критического Р_кр=7,38 МПа, но меньше давления разрыва пласта, но не более 0,75Р_{разр пл}, а также мобильный комплекс дополнительно включает независимую мобильную установку типа ЦА-320, снабженную смесителем компонентов с помощью центробежного насоса и насосом высокого давления до 20 МПа, выполненную с возможностью закачивания по независимой линии закачки в добывающую скважину оторочек компонентов или их смесей.