Исследование характеристик насосно-эжекторных систем для водогазового воздействия на пласт
Дроздов А.Н., Красильников И.А., Вербицкий В.С., Деньгаев А.В., РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Ипанов А.С., ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ», Матвеев Г.Н., ОАО «ВНИПИнефть», Чабина Т.В., ООО «ПермНИПИнефть», Ламбин Д.Н., Петров Д.А., Николаев Д.А., Дроздов Н.А., Тарасенко А.П., РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.
Компрессорные технологии ВГВ требуют приобретения импортного оборудования, огромных капитальных вложений на начальной стадии обустройства и значительных эксплуатационных затрат в процессе воздействия. Помимо компрессорных станций, необходимо сооружение установок подготовки газа. Осушка газа для нормальной работы компрессоров приводит к удалению из газа жирных фракций, которые не везде возможно утилизировать, а использование сухого газа в процессе ВГВ менее эффективно с точки зрения нефтеотдачи, чем жирного.
Применение объёмных бустерных насосов-компрессоров для целей ВГВ невозможно без создания высоких давлений газа на приёме и тоже является дорогостоящим мероприятием. Кроме того, бустерными насосами трудно обеспечить высокую производительность, необходимую для реализации ВГВ на месторождении в целом. Явление гидратообразования при бустерной закачке существенно осложняет процесс воздействия.
И компрессорные, и бустерные технологии требуют применения сложного оборудования, квалифицированного технического обслуживания и ремонта. Весьма проблематичным является также обеспечение приемлемой надёжности компрессорной и бустерной техники в процессе длительной эксплуатации при высоких давлениях нагнетания. Наконец, при попеременной закачке воды и газа в пласт, практикуемой в компрессорных и бустерных технологиях, возможны прорывы крупных объёмов газа к забоям добывающих скважин, что приводит к прекращению их нормальной эксплуатации и потерям в добыче нефти.
Следовательно, создание эффективной, надёжной и простой в обслуживании техники и технологии для подготовки и закачки водогазовой смеси в нагнетательные скважины является актуальной проблемой для российской нефтедобычи.
В связи с этим была предложена новая технология ВГВ с использованием насосно-эжекторных систем, позволяющая готовить на поверхности водогазовую смесь и закачивать её в пласт оборудованием, которое может успешно эксплуатироваться в промысловых условиях российских месторождений [1,2,3]. Немаловажным обстоятельством является то, что всё оборудование для ВГВ может быть изготовлено на отечественных машиностроительных заводах. Это сэкономит значительные средства путём отказа от закупок дорогостоящей импортной продукции.
С целью подтверждения работоспособности предложенной технологической схемы применительно к условиям одного из месторождений ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» проведены стендовые исследования, результаты которых позволяют оценить потенциальные возможности и перспективы насосно-эжекторной технологии.
При поддержке ЗАО «Новомет-Пермь» был создан стенд для исследования характеристик насосно-эжекторных систем в широком диапазоне подач и давлений. Стенд состоит из двух линий. Первая линия содержит бак 1 для рабочей жидкости, подпорный погружной электроцентробежный насос 2, струйный аппарат 3, водогазовый сепаратор 5 и предназначена для создания дополнительного избыточного давления газа в приемной камере струйного насоса 7 второй линии. Она включает в себя подпорный погружной электроцентробежный насос 6 и струйный аппарат 7. В состав стенда входят также система распределительных трубопроводов, регулировочных вентилей, задвижек, и контрольно-измерительная аппаратура, включающая в себя расходомеры жидкости и газа, датчики давления и температуры. Помимо этого, в стенде предусмотрена система компрессоров 4 для создания начального давления газа 0,4 МПа (таково давление в сепараторе ДНС на месторождении ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ») в приемной камере струйного аппарата 3 первой линии.
Жидкость из бака 1 нагнетается подпорным насосом 2 в сопло струйного аппарата 3 и инжектирует газ, поступающий из компрессоров 4. Далее водогазовая смесь попадает в сепаратор 5. Давление смеси в нём регулируется задвижной, расположенной на выходе. В сепараторе 5 происходит разделение водогазовой смеси на газ и жидкость, жидкость сбрасывается в бак 1, а газ по системе трубопроводов подается на прием второго эжектора 7, приводом которого является насос 6.
Различные по подаче и давлению режимы работы создаются посредством задвижек и вентилей, а также частотным регулированием электродвигателя насоса 6.
Как видно из схемы стенда, имеется возможность осуществлять двухступенчатое сжатие газа эжекторами 3 и 7.
Эксперименты показали, что в первой ступени сжатия газа достигаются высокие значения КПД струйного аппарата (более 40 %), при этом давление газа повышается с 0,4 до 3 МПа. а коэффициент инжекции газа Uиг в условиях приёма эжектора составляет 4,4.
Во второй линии струйный аппарат работал с давлением газа на приёме, составляющим 3 МПа, при этом на выходе из эжектора были достигнуты значения давления более 10 МПа. Величина максимального значения КПД (40,7%) высоконапорного эжектора второй ступени оказалась сопоставима с величиной КПД высокопроизводительного струйного аппарата первой ступени, при этом коэффициент инжекции по газу составил 1,48, что значительно превышает значения КПД и Uиг испытанного ранее в работе [4] эжектора второй ступени, имеющего другие конструктивные параметры.
Зависимости Pc = f(R) давления нагнетания смеси на выходе из струйного аппарата Pc от газо-водяного фактора R, приведённого к стандартным условиям, при одноступенчатом (1) и двухступенчатом насосно-эжекторном сжатии (2 - со струйным аппаратом, 3 – с эжектором, испытанным в работе [4]). Газо-водяной фактор R определяется по формуле
R = Qг.ст / Qp,
где Qг.ст - расход газа, приведённый к стандартным условиям,
Qp - расход рабочей жидкости через первый эжектор (при одноступенчатом сжатии) или через второй эжектор (при двухступенчатом сжатии).
Полученные результаты стендовых экспериментов показывают, что с помощью двухступенчатого насосно-эжекторного сжатия можно достигать существенно более высоких параметров газо-водяного фактора и давления нагнетания водогазовой смеси по сравнению с одноступенчатым. Кроме того, результаты опытов доказывают, что вполне реально создать условия, когда значения КПД высоконапорного струйного аппарата второй ступени достигают величин более 40 %, соизмеримых с максимальным КПД низконапорного высокопроизводительного эжектора первой ступени сжатия. Высокие значения КПД эжекторов позволяют вести процесс формирования и закачки водогазовой смеси в нагнетательные скважины с наименьшими затратами.
По сравнению с результатами, полученными ранее [4], можно также констатировать следующее. С изменением конструкции эжектора второй ступени стенда удалось добиться существенного увеличения значений газо-водяного фактора смеси до требуемой для месторождения ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» величины
R = 43,5 м3/м3. Давление смеси Рс на выходе насосно-эжекторной системы при этом снизилось незначительно – с 12 до 10,5 МПа. Поскольку для закачки водогазовой смеси в нагнетательные скважины на опытном участке месторождения ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» требуется создать давление 12 МПа, то после эжектора второй ступени необходимо дожать смесь с 10,5 до 12 МПа с помощью дополнительного многоступенчатого погружного лопастного насоса, который должен быть центробежно-вихревого или центробежно-осевого типа. Газосодержание у входа в дожимной насос, как показывают расчёты, составит 29,4 %. Добавка в поток пенообразующих ПАВ совместно с интенсивным диспергированием пузырьков газа в эжекторе гарантирует при этом эффективную работу насоса на водогазовой смеси.
Таким образом, работоспособность предложенной насосно-эжекторной технологии для условий одного из месторождений ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» полностью подтверждена в процессе стендовых исследований.
Достигнутые в экспериментах параметры газо-водяного фактора и давления нагнетания водогазовой смеси, безусловно, не являются предельными. Несомненно, что уже в ближайшее время следует ожидать появления насосно-эжекторных систем, позволяющих нагнетать водогазовую смесь под давлением до 25 МПа при газо-водяном факторе до 80 м3/м3 и КПД эжекторов не менее 40 %.
Литература
1. Патент РФ № 2190760. Способ водогазового воздействия на пласт. / Авт. изобрет. А.Н. Дроздов, А.А. Фаткуллин. – МПК Е 21 В 43/20, заявл. 25.01.2001, опубл. 10.10.2002, Б.И. № 28.
2. Патент РФ № 2293178. Система для водогазового воздействия на пласт. / Авт. изобрет. А.Н. Дроздов, В.С. Вербицкий, А.В. Деньгаев и др. – МПК Е 21 В 43/20, заявл. 22.06.2005, опубл. 10.02.2007, Б.И. № 4.
3. Патент РФ №2293843. Способ подготовки газированной воды для закачки в систему поддержания пластового давления и технологический комплекс для его осуществления. / Авт. изобрет. Матвеев Г.Н., Хабибуллин А.Р., Ипанов А.С. - МПК E 21 B 43/20, E 21 B 43/40, B 01 D 17/00, заявл. 28.04.2005., опубл. 20.02.2007, Б.И. № 5.
4. Стендовые исследования технологии приготовления и закачки водогазовой смеси в пласт с применением насосно-эжекторных систем / Дроздов А.Н., Красильников И.А., Вербицкий В.С. и др. – Бурение и нефть. - 2007, №10.
Источник: Журнал "Территория Нефтегаз" №2, 2008 г.