Как повысить эффективность системы поддержания пластового давления при разработке месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Р.Р. Ахметзянов, директор, ООО «Татинтек»; А.А. Жильцов, первый заместитель директора по производству -главный инженер, ООО «Татинтек»; В.В. Самойлов, заместитель директора по развитию, ООО «Татинтек»; А.П. Булгаков, главный технолог по автоматизации объектов ППД и энергетики, ООО «ГБТ»; Д.Ю. Самойлов, главный технолог по автоматизации объектов добычи нефти и газа, ООО «ГБТ»

Как повысить эффективность системы поддержания пластового давления при разработке месторождений

Большинство крупнейших разрабатываемых месторождений России эксплуатируются на поздней стадии производства. Остаточные запасы таких месторождений классифицируются как трудноизвлекаемые. Доля трудноизвлекаемых запасов, по различным оценкам, сегодня уже превышает половину при обводненности более 80%, и среднее значение коэффициента извлечения нефти (КИН) по России составляет от 34 до 43%.

Наиболее эффективным способом поддержания добычи нефти из разрабатываемых месторождений, находящихся на поздней стадии разработки, является система поддержания пластового давления (ППД). Основной задачей системы ППД является поддержание пластовой энергии, за счет которой производится отбор жидкости из коллектора пластовой породы через забой добывающей скважины. Пластовая энергия, выполняющая работу по вытеснению жидкости в призабойную зону добывающей скважины, состоит из потенциальной и кинетической энергии. Источником пластовой энергии является энергия давления. Если в пласте отсутствует движение жидкости, то давление пласта определяется гидростатическим давлением, значение которого равно следующему выражению:

P = P + pgh,

пл "3 '

(1)

где Р - внешнее давление подпора жидкости в пласте;

-И -

плотность пластовой жидкости;

сти расходуется на энергию движения, которая называется гидродинамическим напором. Таким образом, задача системы ППД состоит в поддержании гидростатического давления за счет внешнего давления подпора жидкости. Эта задача решается путем закачки воды в пласт через нагнетательные скважины. Закачка воды в пласт может быть эффективной, когда расход закачиваемой воды полностью тратится на повышение или поддержание пластового давления. Но в практике не всегда может быть обеспечена эффективная закачка, т.к. во многих случаях возникают неизбежные потери. Значительная доля воды может быть потеряна из-за порывов трубопроводов инженерной сети, а также из-за закачки воды в участки горных пород, которые могут быть не связаны с продуктивными зо-

9 [^^г] - ускорение свободного падения;

|| [м] - геометрическая отметка точки измерения давления. При движении жидкости часть гидростатического давления внутри жидко-

Рис. 1. Реверсивные ультразвуковые расходомеры «РЕЗОНАНС»

нами нефтенасыщенных пластов. При закачке воды в такие зоны горной породы происходит утилизация воды без влияния на гидростатическое давление разрабатываемого месторождения. Процесс закачки воды в горные пласты обеспечивается насосными агрегатами большой мощности и требует больших затрат электрической и механической энергии. Поэтому когда говорится об эффективности системы ППД, прежде всего подразумевается понятие энергоэффективности. Учитывая, что насосные агрегаты в результате объективных условий эксплуатации могут иметь длительные или кратковременные простои, в инженерных сетях системы ППД могут возникать различные непроизводительные перетоки через водоводы, соединяющие нагнетательные скважины с разным гидростатическим давлением в геометрически равных точках нефтяного коллектора, которые можно отнести к потерям энергии. Так как же обеспечить энергоффек-тивную закачку воды с минимальными потерями всех видов энергии? Для решения этой задачи прежде всего надо обеспечить качественный учет расхода воды по всей инженерной сети системы ППД.

В последние годы на рынке появились реверсивные расходомеры воды (рис. 1), которые позволяют измерять расход воды независимо от направления дви-

жения жидкости, проходящей через прибор. Но повышение качества измерения расхода воды и определение направления расхода не могут решить задачу энергоэффективности. Поэтому кроме качественного измерения расхода воды надо обеспечить еще и контроль за изменением гидростатического давления в пласте, а также давления по всей инженерной сети ППД. Нужна система, позволяющая контролировать взаимосвязанные параметры расхода воды и давления, и в случаях отклонения от заданных режимов сигнализировать о таких инцидентах и давать управляющее воздействие через АСУТП, предотвращающее потери пластовой энергии и потери воды как энергоносителя. Для решения поставленной задачи предлагается использовать информационно-измерительный комплекс (ИИК). Определение качества учета расхода воды в ИИК обеспечивается методом балансовых групп, который основан на постоянном мониторинге дисбаланса расходов воды, проходящих через точку общего коллектора. ИИК обеспечивает измерение расхода воды и давления на трех уровнях балансовых групп (рис. 2):

• первый уровень - объекты подготовки воды, очистные сооружения (ОС) и кустовые насосные станции (КНС);

• второй уровень - КНС, распределительные блоки гребенки (БГ) и выносные распределительные пункты (ВРП);

• третий уровень - БГ, ВРП и скважины.

В СОСТАВ ИИК ВХОДЯТ:

1) реверсивные ультразвуковые расходомеры «РЕЗОНАНС» и «РЕЗОНАНС-Д» Ду-50, 100, 150, 200. Свидетельство об утверждении типа RU.C.29.007.A №56454. Основные технические характеристики представлены в таблице 1;

2) контроллер сбора и обработки телеметрических данных КСТД-01. Декларация о соответствии: TC N RU Д-RU. MM04.B.03511. Дата регистрации 25.03.2014 г.;

3) энергонезависимый автономный комплекс учета сточной воды АКУСВ-01 с использованием солнечной батареи. Комплекс предназначен для измерения расхода и давления закачиваемой воды в точках учета, где отсутствует электро-

Таблица 1. Основные технические характеристики расходомера «РЕЗОНАНС»

Пределы относительной погрешности измерения (не зависит от направления потока)

Диаметр условного прохода, мм Диапазон расходов, м3/час Относительная погрешность, %

От До

50 0,3 1,25 3,0

1,25 100,0 1,5

100 1,0 4,0 3,0

4,0 340,0 1,5

150 2,5 9,0 3,0

9,0 750,0 1,5

200 4,5 16,0 3,0

16,0 1350,0 1,5

Общие технические характеристики расходомера

Наименование Ед. изм. Значение

Основная относительная погрешность измерения % 1,5

Динамический диапазон измеряемого расхода - 1:330

Агрегатное состояние измеряемой среды - Жидкость

Максимальное давление измеряемой среды МПа 25

Содержание механических примесей, не более г/л 20

Содержание свободного газа, не более % 5

Размеры пузырьков газа, не менее мм 10

Степень минерализации, не более г/л 20

Диапазон температур измеряемой жидкости °С от -5 до +80

Погрешность измерения температуры жидкости °С 1

Рабочий диапазон температур окружающей среды °С от -40 до +70

Напряжение питания постоянного тока В от 12 до 24

Максимальное напряжение питания (ит) В 27

Потребляемая мощность, не более Вт 0,9

Максимальная длина линии питания (0.75 мм2) м 500 (12В) 4- 1200 (24В)

Среднее время наработки на отказ, не менее ч 100000

Срок службы, не менее лет 9

Гарантийный срок эксплуатации мес. 24

Гарантийный срок хранения расходомеров мес. 12

Степень защиты оболочки ПБ - IP67

Присоединение к трубопроводу - Бесфланцевое

Длина прямого участка трубопровода оу 10 до / 3 после

Глубина архива записей 3400

Интервал архивирования ч 0.5 4 24

Объем журнала событий записей 440

Типы выходов - Имп., Modbus RTU

Темп обновления информации на выходах С 1

Взрывозащищенность - 1ExibIIBT5

Количество каналов вторичного блока (по подключаемым первичным блокам) шт. 4

Межповерочный интервал лет 4

Рис. 2. Трехуровневая система балансовых групп

питание. В комплекс входят контроллер КСТД-01, расходомер «РЕЗОНАНС»;

4) сервер сбора телеметрических данных;

5) сервер хранения телеметрических данных;

6) сервер информационно-аналитического портала с программным обеспечением;

7) персональные компьютеры пользователей потребителя услуги с установленным web-интерфейсом.

в таблице 2. Из представленной таблицы видно, что на шести из десяти работающих водоводах произошло реверсное изменение расхода во время остановки агрегата. По водоводу № 3 видны явно выраженные потери пластовой энергии, где при остановке агрегата в обратную сторону начался излив из нагнетательной скважины и, следовательно, потери пластовой энергии.

Точность учета расхода воды определя-

образом: количество жидкости, втекающей в узел инженерной сети трубопроводов, равно количеству жидкости, вытекающей из того же узла инженерной сети трубопроводов. И так как расходомеры воды «РЕЗОНАНС» могут измерять накопленный расход в прямом и обратном направлениях движения жидкости, то уравнение материального баланса записывается следующим образом:

= (2)

где 1 - номер водовода, подключенного к общему узлу инженерной сети трубопроводов;

N - количество водоводов, подключенных к общему узлу инженерной сети трубопроводов;

0.+ - накопленное значение расхода по 1-му водоводу в прямом направлении; Q.- - накопленное значение расхода по 1-му водоводу в обратном направлении. Фактическое значение дисбаланса рассчитывается по следующей формуле:

Пример работы реверсивных рас- ется методом материального баланса, ц . ,

ходомеров «РЕЗОНАНС» приведен который формулируется следующим 5 = 1-1 " 400%,

21-А+

(3)

Рис. 3. Информационно-измерительный комплекс для управления пластовой энергией

Таблица 2. Двухчасовые расходы воды второго уровня учета КНС-БГ-ВРП

где 8 - расчетное значение дисбаланса жидкости, протекающей через общий узел инженерной сети трубопроводов. Состав ИИК содержит приборы и оборудование отечественного производства, которые могут использоваться нефтяными компаниями при строительстве или модернизации АСУТП в качестве изделий по импортозамещению. Уровень качества работы приборов оценивается показателем дисбаланса расхода воды (3), который для всех уровней балансовых групп не должен превышать относительную погрешность расходомеров «РЕЗОНАНС» и составляет 3%. Практика имеет отдельные случаи, когда объемы воды, протекающие при изливах из нагнетательных скважин через инженерную сеть ППД по одному выносному распределительному пункту, при остановках насосных агрегатов в течение одного месяца составляют 20%. Сегодня ни одна из нефтяных компаний России не имеет системы мониторинга перетоков воды и энергобаланса в инженерных сетях трубопроводов системы ППД. Предлагаемая система учета воды может точно показать влияние объемов закачки воды на пластовое давление разрабатываемого месторождения в реальном масштабе времени и определить объемы потерь, возникающих в технологическом процессе поддержания пластового давления. Решение задачи непрерывного мониторинга за расходом воды при закачке в системе ППД и пластовым давлением необходимо не только для снижения энергозатрат и выполнения программ энергосбережения. В последнее время во многих нефтяных компаниях проводятся опытно-промышленные испытания метода фильтрационных волн давления (ФВД) [1, 2, 3] для повышения КИН. Метод ФВД основан на создании импульса давления, который при распространении по разрабатываемому

пласту создает условия преодоления предельного напряжения сдвига нефти относительно стенок пор коллектора в защемленных участках пласта. Старыми методами контроля над разработкой месторождения с помощью проведения периодических гидродинамических исследований управлять ФВД не представляется возможным из-за отсутствия непрерывных данных о переходных процессах разрабатываемого пласта. Применение предлагаемых приборов и оборудования позволит не только выявить потери в системе ППД, но и обеспечить эффективное управление ФВД для повышения КИН. Практика при-

менения метода ФВД [4] дает основание утверждать о перспективности данного направления путем эффективного воздействия на пластовое давление через систему ППД.

С ТАТИ НТЕК

ООО «Татинтек» 423450, Республика Татарстан, г. Альметьевск, ул. Мира, д. 4 Тел./факс: +7 (8553) 31-47-07/97 =

e-mail: info@tatintec.ru |

www.tatintec.ru |

Литература:

1. Непримеров Н.Н.Технология оптимальной выработки пласта. - Казань, 1986.

2. Муслимов Р.Х., Десятков В.К., Евтушенко С.П. Дальнейшее развитие теоретических и экспериментальных промысловых исследований по отработке гидродинамических методов повышения нефтеотдачи на месторождениях Татарстана // Материалы семинара-дискуссии «Концепция развития методов увеличения нефтеизвлечения». - Бугульма, 27-28 мая 1996 г.

3. Ибрагимов Н.Г., Панарин А.Т., Десятков В.К., Евтушенко С.П. К вопросу определения оптимального периода закачки воды в карбонатные коллекторы // Материалы семинара-дискуссии «Концепция развития методов увеличения нефтеизвлечения». - Бугульма, 27-28 мая 1996 г.

4. Ахметзянов Р.Р., Самойлов В.В., Жданов О.П., Фролов С.А. Как повысить коэффициент извлечения нефти без применения традиционных методов повышения нефтеотдачи пластов // Территория «НЕФТЕГАЗ». - 2014. - № 11. - С. 52-57.