CC BY
26УДК 622.323+681.51
В.Н. Ивановский, д.т.н., заведующий кафедрой РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина (Москва, Россия),
e-mail: [email protected]; А.А. Сабиров, к.т.н., заведующий лабораторией РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина
(Москва, Россия), e-mail: [email protected]; А.В. Деговцов, к.т.н., доцент РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина (Москва,
Россия), e-mail: [email protected]; Ю.А. Сазонов, д.т.н., профессор РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина (Москва,
Россия), e-mail: [email protected]; С.С. Пекин, к.т.н., доцент РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина (Москва, Россия),
e-mail: [email protected]; К.И. Клименко, инженер РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина (Москва, Россия),
e-mail: [email protected]; А.В. Кузьмин, инженер РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина (Москва, Россия), e-mail: [email protected]
Подбор струйного насоса по параметрам скважины в программном комплексе «Автотехнолог»
Строительство большого количества дополнительных боковых стволов малого диаметра позволяет увеличить охват продуктивной части пласта, но приводит к значительным осложнениям в добыче нефти, если оборудование планируется спустить ниже глубины зарезки бокового ствола. Именно такой вариант обеспечивает возможность увеличить депрессию на пласт и увеличить дебит скважины. При этом основной проблемой становится невозможность разместить многие виды стандартного оборудования в боковых стволах малого диаметра. Это происходит из-за значительных диаметральных и осевых размеров оборудования и высокой интенсивности износа колонн штанг и труб. Показано, что для боковых стволов малого диаметра с большими темпами набора кривизны одним из наиболее приемлемых вариантов является струйная насосная установка. Это связано с малой длиной и малым диаметром скважинной части установки. Еще одним достоинством струйных насосных установок является простота и малое время изменения рабочих показателей добывающей системы. Представлен расчетный блок программного комплекса «Автотехнолог» для подбора геометрических показателей струйных насосов, выбора интервала глубины для установки струйного насоса и определения рабочих параметров системы «скважина - насосная установка». Представлены конструкция скважинной установки струйного насоса, состав скважинного комплекса определения основных рабочих параметров. Дана информация о результатах эксплуатации струйной насосной установки в скважине с боковым стволом малого диаметра в ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь» в течение более 15 месяцев. Установка струйного насоса продолжает стабильно работать в скважине с боковым стволом малого диаметра.
Ключевые слова: струйный насос, расчетный блок «Струйный насос», программный комплекс «Автотехнолог», геометрические параметры струйного насоса, характеристика струйного насоса, эксплуатация струйного насоса.
V.N. Ivanovskiy, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow, Russia), D.Sc. (Engineering), Department Head, e-mail: [email protected]; A.A. Sabirov, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow, Russia), Cand.Sc. (Engineering), Head of the Laboratory, e-mail: [email protected]; A.V. Degovtsov, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow, Russia), Cand.Sc. (Engineering), Assistant Professor, e-mail: [email protected]; Yu.A. Sazonov, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow, Russia), D.Sc. (Engineering), Professor, e-mail: [email protected]; S.S. Pekin, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow, Russia), Cand.Sc. (Engineering), Assistant Professor, e-mail: [email protected]; K.I. Klimenko, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow, Russia), Engineer, e-mail: [email protected]; A.V. Kuzmin, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow, Russia), Engineer, e-mail: [email protected]
Selection of the jet pump according to the well parameters in the software complex «Autotechnolog»
The construction of a large number of additional sidetracks small diameter allows to increase the coverage of the productive part of the reservoir, but leads to considerable complications in the oil, if the equipment will be lowered below the depth of drilling of the sidetrack. This option provides the ability to increase the depression on the layer and increase the production of the well. The main problem is the inability to accommodate many types of equipment in the lateral trunks of small diameter standard equipment. This is due to significant diametral and axial dimensions of equipment and high intensity of wear of the columns of rods and tubes. It is shown that for sidetracks small diameter with high rates of drift one of the most acceptable option is the jet pump installation. This is due to the small length and a small
26
№ 4 апрель 2015 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
AUTOMATION
diameter borehole part of the installation. Another advantage of the jet pump installations is easy and fast changes in operating performance of the production system. Presents the calculation module software Autotechnology for selection of geometric figures jet pumps, the choice of interval depth for installation of the jet pump and the determination of operational parameters of the system «well - pumping unit». The design of in-situ installation of the jet pump, the composition of the downhole complex definitions of key operating parameters. Given information about the results of operation of the jet pump installed in the well with a side shaft of small diameter at LUKOIL-Perm LLC for more than 15 months. Installing jet pump continues to operate stably in the well with a side shaft of small diameter.
Keywords: jet pump, design block «Jet pump», software complex «Autotechnolog», geometrical parameters jet pump, description jet pump, operation of the jet pump.
На сегодняшний день в России распределение добычи нефти по способам эксплуатации скважин выглядит следующим образом: до 75% добычи обеспечивается с помощью УЭЦН, до 20% - штанговыми скважинными насосными установками и всего 5% приходится на остальные виды эксплуатации: фонтан, газлифт, штанговые винтовые (ШВН), диафрагменные и струйные насосные установки. Области применения различных видов скважинных насосных установок представлены на рисунке 1. В настоящее время струйные насосные установки применяются в различных технологических процессах нефтедобычи, в т.ч. для подъема жидкости из нефтяных скважин.
К ПРЕИМУЩЕСТВАМ ПРИМЕНЕНИЯ СТРУЙНЫХ НАСОСОВ ОТНОСЯТСЯ:
• малые габариты;
• широкий диапазон по дебиту и воз-
можность стабильно отбирать пластовую жидкость с высоким содержанием свободного газа, плавно регулировать и поддерживать на заданном уровне забойное давление и дебит за счет регулирования давления и объема закачиваемого рабочего агента;
• простота конструкции, отсутствие движущихся деталей обеспечивает высокий межремонтный период, изнашиваемая часть насоса (сопло) может быть изготовлена из износостойких материалов;
• возможность исполнения насоса в виде свободно сбрасываемого агрегата, т.е. смена сопел может производиться без подъема колонны НКТ;
• подача насосной установки мало зависит от вязкости (до 500 сП), а в случае образования стойких эмульсий в НКТ возможно применение деэмульгатора, который можно вводить в рабочий агент в воду [1].
К НЕДОСТАТКАМ ПРИМЕНЕНИЯ СТРУЙНЫХ НАСОСОВ МОЖНО ОТНЕСТИ:
• способ добычи предполагает наличие развитой инфраструктуры - шурфов или добывающих водяных скважин, силовых насосных станций, водоводов высокого давления, установок по отделению воды (УПСВ);
• КПД струйных аппаратов не превышает 35%;
• в поверхностном оборудовании необходимо использовать насосы с высоким КПД с частотно регулируемым приводом.
На рисунке 2 показана принципиальная схема струйного насоса. В струйном насосе поток откачиваемой жидкости (эжектируемая жидкость) перемещается от забоя скважины до устья за счет получения энергии от потока рабочей жидкости (эжектирующая жидкость), подаваемого силовым насосом.
Рис. 1. Области применения различных насосных установок для добычи нефти
Fig. 1. Areas of application of various pump units for oil production
Рис. 2. Принципиальная схема струйного насоса Fig. 2. Jet pump circuit diagram
Ссылка для цитирования (for references):
Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Деговцов А.В., Сазонов Ю.А., Пекин С.С., Клименко К.И., Кузьмин А.В. Подбор струйного насоса по параметрам скважины в программном комплексе «Автотехнолог» // Территория «НЕФТЕГАЗ». - 2015. - № 4. - С. 26-30.
Ivanovskiy V.N., Sabirov A.A., Degovtsov A.V., Sazonov Yu.A., Pekin S.S., Klimenko K.I., Kuzmin A.V. Podbor strujnogo nasosa po parametram skvazhiny v programmnom komplekse «Avtotehnolog» [Selection of the jet pump according to the well parameters in the software complex «Autotechnolog»]. Territorija «NEFTEGAZ» = OH and Gas Territory, 2015, No. 4. P. 26-30.
ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ № 4 апрель 2015
27
Рис. 3. Вид основной формы ПК «Автотехнолог»
Fig. 3. View of the main form of Avtotekhnolog complex software
P0 - давление рабочей жидкости на входе в сопло; P1 - давление перекачиваемой среды на входе в струйный аппарат; Р4 - давление на выходе из диффузора; РР - пластовое давление; Q0 - расход жидкости через сопло струйного аппарата; Q1 -расход перекачиваемой среды;Рн - давление силового насоса после системы регулирования (штуцера); Ру - давление на устье скважины Р0 - nozzle upstream pressure of operating fluid; P1 - jet device upstream pressure of pumped medium; P4 - diffuser downstream pressure; PP - layer pressure; Q0 - fluid consumption through the jet device nozzle; Q1 - consumption of pumped medium; Pn - power pump pressure after the control system (connecting pipe); Pu - wellhead pressure
Рис. 4. Расчетная схема «пласт - скважина - струйный насос» Fig. 4. Layer-well-jet pump design model:
К основным техническим параметрам установки струйного насоса можно отнести: давление и расход рабочей жидкости на входе в сопло, давление на входе в диффузор и расход перекачиваемой жидкости. К конструктивным показателям относят геометрические размеры сопла, диффузора, камеры смешения, количество и вид сопловых аппаратов.
Если площадь поперечного сечения сопла составляет 50-60% площади камеры смешения, то насос можно назвать высоконапорным. В этом случае площадь поперечного сечения сопла сравнительно мала, что уменьшает расход откачиваемой жидкости по сравнению с расходом рабочей жидкости. При этом гидравлическая энергия передается сравнительно малому объему откачиваемой жидкости, и развивается высокий напор [2].
Чтобы удовлетворять различным требованиям условий работы струйного насоса в скважинах (по подачам и напорам), необходимо подобрать соответствующие сочетания площадей сопла и камеры смешения.
На кафедре машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности в РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина был разработан расчетный блок «Струйный насос» для работы в программном комплексе «Автотехнолог», позволяющий производить подбор установки струйного насоса струйного компрессора и аппарата «Тандем» по скважинным параметрам (рис. 3). В программе используется модель системы «пласт - скважина - струйный насос» для расчета параметров работы установки. Расчетная схема установки струйного насоса представлена на рисунке 4 [3].
ПРИ ПОДБОРЕ УСТАНОВКИ СТРУЙНОГО НАСОСА В ПК «АВТОТЕХНОЛОГ» ПО ДАННЫМ СКВАЖИНЫ ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ:
• подача рабочей (эжектирующей) жидкости;
• расход перекачиваемой (эжектиру-емой) среды;
• напор струйного насоса;
• мощность силового насоса;
• давление силового насоса;
28
№ 4 апрель 2015 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
AUTOMATION
Рис. 5. Результат определения типоразмеров основных узлов струйного насоса
Fig. 5. Result of determining the sizes of the jet pump main units
Рис. 6. Расчет геометрических параметров струйного насоса в ПК «Автотехнолог»
Fig. 6. Calculation of geometrical parameters of the jet pump in Avtotekhnolog complex software
• КПД струйного насоса;
• типоразмеры основных узлов струйного аппарата (рис. 5).
На основе полученных данных выбирается нужный типоразмер (геометрические параметры сопла, диффузора, камеры смешения) струйного насоса (рис. 6), или по уже известным типоразмерам просчитывается режим работы данной установки в конкретной скважине с целью проверки работоспособности или оптимизации работы. Подбор осуществляется на основе оптимального соотношения таких параметров, как давление и мощность силового насоса, а также кавитационный запас установки. Программа помогает выбрать оптимальную геометрию рабочих частей струйного аппарата исходя из критериев энергоэффективности и долговечности (рис. 7). Программа позволяет получить гамму характеристик напоров, КПД, соотношений давлений в силовом насосе и эжекторе от расхода силовой жидкости и геометрических параметров. Полученные характеристики струйного насоса накладываются на характеристику системы «пласт - скважина», что позволяет получить рабочую точку и обеспечить требуемые режимы работы (рис. 8).
Далее исходя из инклинограммы скважины и габаритных размеров установки определяется глубина спуска струйного насоса (рис. 9).
Расчетный блок «Струйный насос» был использован при подборе установки
Выбор соотношения d3/dO струйного насоса 1-J-1 ЛЛВ ц Л-РтаГ OUtVt, [TIs— •Ь—— "К Хг*.«!^-
JüT* BW Hhn 1
. ' " J
ют
^ '
1
1
Рис. 7. Выбор геометрических параметров струйного насоса в ПК «Автотехнолог» Fig. 7. Selection of geometrical parameters of the jet pump in Avtotekhnolog complex software
струйного насоса при опытно-промысловой эксплуатации скважины № 2107 Шагиртско-Гожанского месторождения ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь». Струйный насос был спущен в боковой ствол скважины с внутренним диаметром 89 мм на глубину 1360 м. В качестве рабочей жидкости использовалась вода из системы ППД. Подъем пластовой продукции осуществлялся по затрубному пространству, давление рабочей жидкости - 17,8 МПа; линейное давление - 1,5 МПа; расход рабочей жидкости - 79,2 м3/сут.; дебит скважины - 34 м3/сут. [4].
В настоящее установка струйного насоса находится в эксплуатации в скважине № 2107 с общей наработкой 425 суток. Эксплуатация проходила на разных режимах, изменение параметров работы установки осуществлялось с помощью сменных штуцеров на устье скважины. Параметры работы установки контро-
Таблица. Данные различных режимов работы установки струйного насоса на скважине № 2107 Шагиртско-Гожанского месторождения ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь»
Table. Data of various operation modes of the jet pump unit at well No. 2107 of Shagirtsko-Gizhanskoye field of LUKOIL-Perm LLC
п.п. № No. № Диаметр штуцера, мм Connecting pipe diameter, mm Расход жидкости закачки, м3/сут. Injection fluid consumption, m3/day Дебит скважины, м3/сут. Well flow rate, m3/ day Давление в закачке, МПа Injection pressure, MPa Давление затрубное, МПа Annular pressure, MPa Давление под пакером, МПа Pressure under packer, MPa
1 8 86,4 55,6 18,0 1,5 11,45
2 6 85,1 53,1 17,8 1,5 6,4
3 5 81,6 42 17,8 1,5 6,7
4 4 79,2 38,8 15,5 1,5 6,6
5 3 62,4 6,6 15,5 1,5 7,5
ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ № 4 апрель 2015
29
АВТОМАТИЗАЦИЯ
Рис. 8. Характеристика системы «пласт - скважина - струйный насос» для выбранных значений геометрических и гидравлических параметров Fig. 8. Characteristic of layer-well-jet pump system for selected values of geometric and hydraulic parameters
Рис. 9. Подбор глубины спуска струйного насоса в ПК «Автотехнолог»
Fig. 9. Selection of jet pump running depth in Avtotekhnolog complex software
Рис. 10. Результаты замеров давления и температуры на приеме насоса Fig. 10. Results of pressure and temperature surveys at the pump suction
лировались с помощью расходомера и манометров на устье скважины, для замера забойного давления и температуры использовались глубинные приборы: датчики давления и температуры. В таблице приведены данные различных режимов работы установки струйного насоса, а на рисунке 10 - графики замеров давления и температуры на приеме струйного насоса.
Анализ результатов опытно-промысловых испытаний показал полную сходимость расчетных параметров работы установки струйного насоса, полученных с помощью расчетного блока «Струйный насос» в ПК «Автотехнолог», с данными, замеренными в ходе опытно-промысловых испытаний.
Литература:
1. Петров А.Ю., Михайлов А.Г., Литвиненко К.В., Рамазанов Р.Р. Выбор и опробование способов механизированной добычи высоковязкой нефти в условиях пескопроявления. SPE 135973.
2. Ивановский В.Н., Пекин С.С., Сабиров А.А. и др. Нефтегазпромысловое оборудование. - М.: ЦентрЛитНефтьГаз, 2006. - 720 с.
3. Ивановский В.Н., Сабиров А.А. Технологии и оборудование для эксплуатации малодебитных скважин // Территория «НЕФТЕГАЗ». - 2014. - № 11.
- С. 15-18.
4. Третьяков О.В., Мазеин И.И., Усенков А.В., Меркушев С.В., Качин Е.В., Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Деговцов А.В. Сазонов Ю.А. Дубовцев А.С., Кузнецов В.В. Опыт эксплуатации скважин с боковыми стволами малого диаметра с помощью струйного насоса // Территория «НЕФТЕГАЗ». - 2014.
- № 5. - С. 66-70.
References:
1. Petrov A.Yu., Mikhailov A.G., Litvinenko K.V., Ramazanov R.R. Vybor i oprobovanie sposobov mehanizirovannoj dobychi vysokovjazkoj nefti v uslovijah peskoprojavlenija [Selection and testing of high viscosity oil mechanized production methods under the sand ingress]. SPE 135973.
2. Ivanovski V.N., Pekin S.S., Sabirov A.A. et al. Neftegazpromyslovoe oborudovanie [Oil and gas field equipment]. Moscow, TsentrLitNeftGaz Publ., 2006. 720 pp.
3. Ivanovski V.N., Sabirov A.A. Tehnologii i oborudovanie dlja jekspluatacii malodebitnyh skvazhin [Techniques and equipment for marginal wells]. Territorija «NEFTEGAZ» = NEFTEGAZ Territory, 2014, No. 11. P. 15-18.
4. Tretyakov O.V., Mazein I.I, Usenkov A.V., Merkushev S.V., Kachin Ye.V., Ivanovski V.N., Sabirov A.A., Degovtsov A.V., Sazonov Yu.A., Dubovtsev A.S., Kuznetsov V.V. Opyt jekspluatacii skvazhin s bokovymi stvolami malogo diametra s pomoshh'ju strujnogo nasosa [Operating experience of small diameter branched wells using a jet pump]. Territorija «NEFTEGAZ» = NEFTEGAZ Territory, 2014, No. 5. P. 66-70.
30
№ 4 апрель 2015 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
