Способ для водогазового воздействия на пласт и повышения дебитов нефтяных скважин и устройство для его осуществления

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для реализации водогазового воздействия при повышении нефтеотдачи пластов. Способ водогазового воздействия на пласт включает нагнетание воды, откачку эжектором попутного нефтяного газа из затрубных пространств нефтяных скважин и снижение давления в затрубных пространствах, создание диспергирования и повышение давления водогазовой смеси с последующей закачкой дожимным насосом в пласт. Расходы смеси, поступающей в нагнетательные скважины, замеряют диафрагмами с дифференциальными манометрами, а регулирование расходов производят вентилями. Устройство для водогазового воздействия на пласт содержит эжектор, дожимной насос, установку дозирования реагентов, а также линию нагнетания воды, линию откачки газа из затрубных пространств нефтяных скважин и линию нагнетания водогазовой смеси в пласт. На трубопроводах закачки смеси в нагнетательные скважины установлены диафрагмы с дифференциальными манометрами для замера расходов смеси и регулируемые вентили. Техническим результатом является повышение нефтеотдачи пластов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретения относятся к нефтяной промышленности и могут быть использованы при водогазовом воздействии для увеличения нефтеотдачи пластов при использовании попутного нефтяного газа и повышения дебитов нефтяных скважин.

Известен способ водогазового воздействия на пласт, включающий закачку созданной эжектором водогазовой смеси в нагнетательные скважины и устройство для его осуществления, содержащее линии подачи воды, газа, ПАВ, а также эжектор и линию закачки водогазовой смеси (патент РФ №2088752, МПК Е21В 43/20, 1997 г.). Известный способ и устройство имеют низкие функциональные возможности и ограниченную область применения из-за невозможности создания эжектором высоких давлений нагнетания водогазовой смеси.

Известен также способ водогазового воздействия на пласт, включающий нагнетание воды силовым насосом в сопло эжектора, добавку пенообразующих поверхностно-активных веществ (ПАВ) в поток, откачку газа эжектором, создание, диспергирование и повышение давления водогазовой смеси струйным аппаратом с последующей закачкой дожимным насосом водогазовой смеси в нагнетательные скважины, и устройство для его реализации, содержащее силовой насос, эжектор, дожимной насос, емкость с пенообразующими ПАВ, регулируемые задвижки, а также линию подачи воды в силовой насос, линию нагнетания воды, линию откачки газа, линию подачи ПАВ и линию закачки водогазовой смеси в нагнетательные скважины (патент РФ №2190760, МПК Е21В 43/20, 2002 г.). Известные способ и устройство ограниченную область применения, поскольку не позволяют повышать дебиты нефтяных скважин одновременно с водогазовым воздействием на пласт.

Наиболее близкими к заявляемому изобретению являются способ водогазового воздействия на пласт и увеличения дебитов нефтяных скважин, включающий нагнетание воды, подачу реагентов в воду, откачку эжектором попутного нефтяного газа из затрубных пространств нефтяных скважин и снижение давления в затрубных пространствах, создание, диспергирование и повышение давления водогазовой смеси с последующей закачкой дожимным насосом водогазовой смеси в пласт через водоводы и нагнетательные скважины, и устройство для его осуществления, содержащее линию нагнетания воды, эжектор, дожимной насос, установку дозирования реагентов, а также линию откачки газа из затрубных пространств нефтяных скважин, линию нагнетания водогазовой смеси в пласт и трубопроводы закачки смеси в нагнетательные скважины, причем линия нагнетания воды сообщена с соплом эжектора, линия откачки газа из затрубных пространств нефтяных скважин - с приемной камерой эжектора, выход эжектора соединен с входом дожимного насоса, а выход дожимного насоса сообщен с линией нагнетания водогазовой смеси в пласт, от которой отходят трубопроводы закачки смеси в нагнетательные скважины (Дроздов А.Н., Дроздов Н.А. Перспективы развития технологии эксплуатации скважин струйными насосами в России. - SPE 176676. - Российская нефтегазовая техническая конференция SPE, 26-28 октября, 2015, Москва, Россия https://www.onepetro.org/conference-paper/SPE-176676-RU). Известные способ и устройство не позволяют, если закачка смеси ведется не в одну, а в несколько нагнетательных скважин, осуществить замеры и регулирование расходов водогазовой смеси, направляемой в каждую из нагнетательных скважин. Следовательно, применение известных способа и устройства не дает возможности вести эффективное водогазовое воздействие и осуществлять рациональную разработку месторождений.

Технической проблемой, на решение которой направлены настоящие изобретения, является повышение эффективности водогазового воздействия на пласт и дебитов нефтяных скважин путем замера и регулирования расходов смеси в каждую из нагнетательных скважин, что обеспечивает рациональную разработку месторождений.

Технический результат настоящих изобретений заключается в повышении нефтеотдачи пластов.

Технический результат достигается за счет того, что в способе водогазового воздействия на пласт, включающем нагнетание воды, подачу реагентов в воду, откачку эжектором попутного нефтяного газа из затрубных пространств нефтяных скважин и снижение давления в затрубных пространствах, создание, диспергирование и повышение давления водогазовой смеси с последующей закачкой дожимным насосом водогазовой смеси в пласт через линию нагнетания водогазовой смеси и трубопроводы закачки смеси в нагнетательные скважины, согласно изобретению, измеряют расходы смеси Q₁, Q_{2 …} Q_{i, …}Q_i+1, … Q_n поступающей в n нагнетательных скважин, с помощью n диафрагм, причем определяют площади, коэффициенты расхода диафрагм и замеряют перепады давления при истечении через них водогазовой смеси, при этом расходы смеси Q₁, Q_{2 …} Q_{i, …}Q_i+1, … Q_n находят из решения уравнений

где Q₁, Q_{2 …} Q_{i, …}Q_i+1, … Q_n - расходы смеси в первую, вторую, …, i-ю,..., n-ю нагнетательные скважины,

Q - общий расход смеси, закачиваемой в n нагнетательных скважин,

Q_в - общий расход воды, закачиваемой в n нагнетательных скважин,

Q_г - общий расход газа, закачиваемого в n нагнетательных скважин,

μ_i - коэффициент расхода z-й диафрагмы,

F_i - площадь проходного сечения i-й диафрагмы,

μ_i+1 - коэффициент расхода i+1-й диафрагмы,

F_i+1 - площадь проходного сечения i+1-й диафрагмы,

ΔP_i - перепад давления при истечении смеси через i-ю диафрагму,

ΔP_i+1 - перепад давления при истечении смеси через i+1-ю диафрагму.

Указанная проблема решается в одном из вариантов способа также тем, что при равенстве площадей и коэффициентов расхода диафрагм расходы смеси, поступающей в n нагнетательных скважин, находят из решения уравнений

В другом варианте способа в частном случае при закачке в две нагнетательные скважины расходы смеси находят из решения уравнений

где Q₁, Q₂ - расходы смеси в первую и вторую нагнетательные скважины,

Q - общий расход смеси, закачиваемой в две нагнетательные скважины,

Q_в - общий расход воды, закачиваемой в две нагнетательные скважины,

Q_г - общий расход газа, закачиваемого в две нагнетательные скважины,

ΔР₁ - перепад давления при истечении смеси через первую диафрагму,

ΔР₂ - перепад давления при истечении смеси через вторую диафрагму.

В третьем варианте способа расходы смеси, закачиваемой в нагнетательные скважины, регулируют вентилями после прохождения смеси через диафрагмы.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве для водогазового воздействия на пласт, содержащем линию нагнетания воды, эжектор, дожимной насос, установку дозирования реагентов, а также линию откачки газа из затрубных пространств нефтяных скважин, линию нагнетания водогазовой смеси в пласт и трубопроводы закачки смеси в нагнетательные скважины, причем линия нагнетания воды сообщена с соплом эжектора, линия откачки газа из затрубных пространств нефтяных скважин - с приемной камерой эжектора, выход эжектора соединен с входом дожимного насоса, а выход дожимного насоса сообщен с линией нагнетания водогазовой смеси в пласт, от которой отходят трубопроводы закачки смеси в нагнетательные скважины, согласно изобретению, на трубопроводах закачки смеси в нагнетательные скважины установлены диафрагмы с дифференциальными манометрами для замера расходов смеси в каждую из нагнетательных скважин.

Указанная проблема решается в варианте устройства также тем, что площади проходных сечений диафрагм, их конструкции и коэффициенты расхода одинаковы.

В другом варианте устройства за диафрагмами установлены регулируемые вентили.

Указанная совокупность отличительных признаков изобретения позволяет обеспечить более эффективную реализацию водогазового воздействия на пласт при увеличении дебитов нефтяных скважин.

Схема устройства для водогазового воздействия на пласт и повышения дебитов нефтяных скважин представлено на чертеже.

Устройство содержит линию нагнетания воды 1, эжектор 2, дожимной насос 3, установку дозирования реагентов 4, а также линию откачки газа 5 из затрубных пространств добывающих нефтяных скважин 6, 7 и 8, линию нагнетания водогазовой смеси 9 в пласт и трубопроводы 10 и 11 закачки смеси в нагнетательные скважины 12 и 13. Линия нагнетания воды 1 сообщена с соплом эжектора 2, линия откачки газа 5 из затрубных пространств нефтяных скважин соединена с приемной камерой эжектора 2. Выход эжектора 2 подключен к входу дожимного насоса 3, а выход дожимного насоса 3 сообщен с линией нагнетания водогазовой смеси 9 в пласт, от которой отходят трубопроводы 10 и 11 закачки смеси в нагнетательные скважины 12 и 13. На трубопроводах закачки смеси 10 и 11 в нагнетательные скважины 12 и 13 установлены диафрагмы 14 и 15 с дифференциальными манометрами 16 и 17 для замера расходов смеси в каждую из нагнетательных скважин 12 и 13.

Линия нагнетания воды 1 подключена своим входом к водораспределительному пункту (ВРП) 18, куда поступает под давлением вода по водоводу из кустовой насосной станции системы поддержания пластового давления (на схеме не показаны).

Установка дозирования реагентов 4 сообщена с линией нагнетания воды 1 посредством трубки 19.

За диафрагмами 14 и 15 на трубопроводах закачки смеси 10 и 11 установлены регулируемые вентили 20 и 21.

Устройство также содержит контрольно-измерительные приборы - расходомеры воды 22 и газа 23, датчики давления 24, 25, 26, 27, 28, 29 и температуры 30, 31, 32, 33, 34, 35.

На схеме в качестве примера показаны для упрощения две нагнетательные скважины, но их количество может быть больше.

Способ водогазового воздействия на пласт осуществляют следующим образом.

По линии 1 нагнетают воду в сопло эжектора 2, которым откачивают попутный нефтяной газ из затрубных пространств нефтяных скважин 6, 7 и 8, снижают давление в затрубных пространствах, повышая при этом дебиты нефтяных скважин 6, 7 и 8. Также создают, диспергируют и повышают давление водогазовой смеси с последующей закачкой дожимным насосом 3 водогазовой смеси в пласт через линию 9, трубопроводы 10 и 11 в нагнетательные скважины 12 и 13. В воду подают реагенты (пенообразующие ПАВ, ингибиторы гидратообразования и др.) установкой дозирования реагентов 4 по трубке 19.

Давления, температуры, а также расходы газа и воды замеряют, датчиками давлений 24, 25, 26, 27, 28, 29, температур 30, 31, 32, 33, 34, 35, расходомера газа 23 и расходомера воды 22.

С помощью диафрагм 14 и 15 измеряют расходы смеси Q₁, Q₂, поступающей в нагнетательные скважины 12 и 13. Предварительно определяют площади диафрагм 14 и 15 путем замера диаметров их проходных сечений и расчета площадей по широко известной в геометрии формуле расчета площади круга. Коэффициенты расхода диафрагм определяют путем расчета по известным формулам гидродинамики. При истечении через диафрагмы 14 и 15 водогазовой смеси замеряют дифференциальными манометрами 16 и 17 перепады давления ΔР₁, ΔР₂, и находят расходы смеси Q₁, Q₂ из решения уравнений

где Q₁, Q₂ - расходы смеси в нагнетательные скважины 12 и 13,

Q - общий расход смеси, закачиваемой в нагнетательные скважины 12 и 13,

Q_в - общий расход воды, закачиваемой в нагнетательные скважины 12 и 13,

Q_г- общий расход газа, закачиваемого в нагнетательные скважины 12 и 13,

μ₁ - коэффициент расхода диафрагмы 14,

F₁ - площадь проходного сечения диафрагмы 14,

μ₂ - коэффициент расхода диафрагмы 15,

F₂ - площадь проходного сечения диафрагмы 15,

ΔP₁ - перепад давления при истечении смеси через диафрагму 14,

ΔР₂ - перепад давления при истечении смеси через диафрагму 15.

При закачке водогазовой смеси в пласты нефтяных месторождений необходимы высокие давления нагнетания (как правило, более 10 МПа). Структура водогазовой смеси при таких давлениях и добавке пенообразующих ПАВ является мелкодисперсной пузырьковой, смесь устойчива к расслоению, а потери давления на трение на относительно небольших участках от дожимного насоса 3 до диафрагм 14 и 15 пренебрежимо малы. С достаточной для практических целей точностью можно принять, что плотности потоков смеси, поступающих в диафрагмы 14 и 15, равны друг другу. Поэтому при расчете отношений расходов смеси Q₁/Q₂ появляется возможность сократить в числителе и знаменателе одинаковые значения плотности.

Расход газа замеряют с помощью расходомера 23 при термодинамических условиях входа в приемную камеру эжектора 2. Далее это значение расхода газа пересчитывают по широко известным формулам (см., например - Ширковский А.И. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. М.: Недра. 1979. 303 с.), приводя к термодинамическим условиям выхода потока смеси из дожимного насоса 3 и входа в диафрагмы 14 и 15, получая таким образом величину Q_г - общего расхода газа, закачиваемого в нагнетательные скважины 12 и 13.

Общий расход воды Q_в, закачиваемой в нагнетательные скважины 12 и 13, замеряют расходомером 22.

При равенстве площадей и коэффициентов расхода диафрагм расходы смеси, поступающей в нагнетательные скважины 12 и 13, находят из решения уравнений

где Q_t,Q₂ - расходы смеси в нагнетательные скважины 12 и 13,

Q - общий расход смеси, закачиваемой в две нагнетательные скважины,

Q_в - общий расход воды, закачиваемой в две нагнетательные скважины,

Q_г - общий расход газа, закачиваемого в две нагнетательные скважины,

ΔР₁ - перепад давления при истечении смеси через первую диафрагму,

ΔР₂ - перепад давления при истечении смеси через вторую диафрагму.

Расходы смеси, закачиваемой в нагнетательные скважины 12 и 13, регулируют вентилями 20 и 21 после прохождения смеси через диафрагмы 14 и 15. Регулирование потоков после прохождения диафрагм, а не перед ними, позволяет обеспечить примерное равенство давлений и плотностей смеси перед диафрагмами. В противном случае плотности смеси в разных потоках будут отличаться друг от друга, и применить вышеуказанные уравнения для расчетов не удастся.

Контроль и регулирование расходов смеси по каждой из нагнетательных скважин позволяют осуществлять рациональную разработку нефтяных месторождений.

Устройство для водогазового воздействия на пласт работает следующим образом.

От водораспределительного пункта 18 нагнетается вода по линии 1 в сопло эжектора 2. Установка дозирования реагентов 4 подает по трубке 19 в линию 1 необходимые пенообразующие ПАВ и ингибиторы.

Эжектор 2 откачивает попутный нефтяной газ из линии 5, снижая давление в затрубных пространствах и на забое скважин 6, 7 и 8, повышая их дебиты, увеличивает давление водогазовой смеси и диспергирует ее. Водогазовая смесь с выхода эжектора 2 поступает на вход дожимного насоса 3, который нагнетает смесь по линии 9 и трубопроводам 10 и 11 в пласт через нагнетательные скважины 12 и 13.

Замеры расходов смеси в каждую из нагнетательных скважин 12 и 13 осуществляются диафрагмами 14 и 15 с дифференциальными манометрами 16 и 17. Параметры закачки также замеряются датчиками давлений 24, 25, 26, 27, 28, 29, температур 30, 31, 32, 33, 34, 35, расходомером газа 23 и расходомером воды 22.

Регулирование расходов смеси осуществляется вентилями 20 и 21 после диафрагм 14 и 15 на трубопроводах закачки смеси 10 и 11.

Устройство, показанное на чертеже, позволяет выполнять все операции способа для водогазового воздействия на пласт и повышения дебитов нефтяных скважин, описанные выше.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет увеличить эффективность процесса водогазового воздействия на пласт и повышения дебитов нефтяных скважин по сравнению с известными изобретениями, а также обеспечить рост нефтеотдачи при рациональной разработке месторождений.

1. Способ для водогазового воздействия на пласт и увеличения дебитов нефтяных скважин, включающий нагнетание воды, подачу реагентов в воду, откачку эжектором попутного нефтяного газа из затрубных пространств нефтяных скважин и снижение давления в затрубных пространствах, создание диспергирования и повышение давления водогазовой смеси с последующей закачкой дожимным насосом водогазовой смеси в пласт через линию нагнетания водогазовой смеси и трубопроводы закачки смеси в нагнетательные скважины, отличающийся тем, что измеряют расходы смеси Q₁, Q_{2 …} Q_{i, …}Q_i+1, … Q_n, поступающей в n нагнетательных скважин, с помощью диафрагм, причем определяют площади, коэффициенты расхода диафрагм и замеряют перепады давления при истечении через них водогазовой смеси, при этом расходы смеси Q₁, Q₂ … Q_i, Q_i+1, … Q_n находят из решения уравнений:

где Q₁, Q₂ … Q_i, Q_i+1, … Q_n - расходы смеси в первую, вторую, …, i-ю, …, n-ю нагнетательные скважины,

Q - общий расход смеси, закачиваемой в n нагнетательных скважин,

Q_в - общий расход воды, закачиваемой в n нагнетательных скважин,

Q_г - общий расход газа, закачиваемого в n нагнетательных скважин,

μ_i - коэффициент расхода i-й диафрагмы,

F_i - площадь проходного сечения i-й диафрагмы,

μ_i+1 - коэффициент расхода i+1-й диафрагмы,

F_i+1 - площадь проходного сечения i+1-й диафрагмы,

ΔP_i - перепад давления при истечении смеси через i-ю диафрагму,

ΔP_i+1 - перепад давления при истечении смеси через i+1-ю диафрагму.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при равенстве площадей и коэффициентов расхода диафрагм расходы смеси, поступающей в n нагнетательных скважин, находят из решения уравнений

.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в частном случае при закачке в две нагнетательные скважины расходы смеси находят из решения уравнений

где Q₁, Q₂ - расходы смеси в первую и вторую нагнетательные скважины,

Q - общий расход смеси, закачиваемой в две нагнетательные скважины,

Q_в - общий расход воды, закачиваемой в две нагнетательные скважины,

Q_г - общий расход газа, закачиваемого в две нагнетательные скважины,

ΔР₁ - перепад давления при истечении смеси через первую диафрагму,

ΔР₂ - перепад давления при истечении смеси через вторую диафрагму.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расходы смеси, закачиваемой в нагнетательные скважины, регулируют вентилями после прохождения смеси через диафрагмы.

5. Устройство для водогазового воздействия на пласт и увеличения дебитов нефтяных скважин, содержащее линию нагнетания воды, эжектор, дожимной насос, установку дозирования реагентов, а также линию откачки газа из затрубных пространств нефтяных скважин, линию нагнетания водогазовой смеси в пласт и трубопроводы закачки смеси в нагнетательные скважины, причем линия нагнетания воды сообщена с соплом эжектора, линия откачки газа из затрубных пространств нефтяных скважин - с приемной камерой эжектора, выход эжектора соединен с входом дожимного насоса, а выход дожимного насоса сообщен с линией нагнетания водогазовой смеси в пласт, от которой отходят трубопроводы закачки смеси в нагнетательные скважины, отличающееся тем, что на трубопроводах закачки смеси в нагнетательные скважины установлены диафрагмы с дифференциальными манометрами для замера расходов смеси в каждую из нагнетательных скважин.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что площади проходных сечений диафрагм, их конструкции и коэффициенты расхода одинаковы.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что за диафрагмами установлены регулируемые вентили.