Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ВОДОГАЗОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к оборудованию для реализации водогазового воздействия на пласт или утилизации попутного газа.

Известна система для водогазового воздействия на пласт, содержащая силовой насос, струйный аппарат, дожимной насос, емкость с пенообразующими поверхностно-активными веществами, линии для подачи воды, газа и водогазовой смеси, трехфазные гравитационные сепараторы, добывающий центробежный насос, нагнетатель газа, выполненный в виде жидкостно-газового сепаратора и эжектора (патент РФ №2293178, E21B 43/20, опубл. 10.02.2007).

Известна также система водогазового воздействия, содержащая три силовых насоса, эжекторы первой, второй и третьей ступени сжатия, два гравитационных газосепаратора и дожимной насос (патент РФ №2455472, E21B 43/20, опубл. 10.02.2007).

Недостатками данных систем являются большие габариты и масса ввиду присутствия в них нескольких насосов и гравитационных газосепараторов.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является система водогазового воздействия на пласт, которая содержит электродвигатель, водовод высокого давления, газовую линию низкого давления, эжектор первой ступени сжатия, гравитационный газосепаратор, многоступенчатые центробежные насосы, два из которых являются нагнетательными, линию отвода конденсата, эжектор второй ступени сжатия, трубопровод к нагнетательным скважинам (Телков В.П. Разработка технологии водогазового воздействия на пласт путем насосно-эжекторной и насосно-компрессорной акачки водогазовых смесей с пенообразующими ПАВ. - Дис. … канд. техн. наук. - М., 2009. - 168 с., с. 145, рис. 3.10).

Недостатками прототипа являются сложность монтажа, эксплуатации и громоздкость системы из-за больших габаритов и массы.

Задачей изобретения является повышение экономичности и упрощение системы за счет уменьшения количества узлов, а также общих габаритов и массы, при сохранении функциональных возможностей.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе для водогазового воздействия на пласт, содержащей электродвигатель, трубопровод высокого давления, газовую линию низкого давления, эжектор первой ступени сжатия, газосепаратор, многоступенчатый центробежный насос, нагнетательный насос, эжектор второй ступени сжатия, трубопровод к нагнетательным скважинам, согласно изобретению газосепаратор применен центробежного типа, в качестве нагнетательного использован один мультифазный насос, при этом газосепаратор, насосы и эжектор второй ступени сжатия установлены на одном валу с электродвигателем, причем эжекторы выполнены в виде многосопловых струйных аппаратов с соплами, расположенными вокруг отверстия под вал.

Мультифазный насос может быть укомплектован пакетами ступеней различного типа, включающими последовательно расположенные пакет осевых ступеней, пакет диспергирующих ступеней из статоров-втулок и роторов-винтов, пакет переходных ступеней с полуоткрытыми рабочими колесами и пакет ступеней основного насоса центробежного типа.

В случаях, когда необходимо перекачать газожидкостную смесь с входной концентрацией газа, превышающей 85%, после нагнетательного мультифазного насоса может быть установлен дополнительный газосепаратор центробежного типа с отводом дегазированной жидкости по отдельному трубопроводу на вход эжектора первой ступени сжатия и выкидными отверстиями для газа, соединенными с трубопроводом к нагнетательным скважинам, при этом дополнительный сепаратор установлен на одном валу с мультифазным насосом.

Замена гравитационного газосепаратора центробежным снижает габариты и массу установки. Применение мультифазного насоса в качестве дожимного, заменяющего два центробежных, создает достаточное давление для воздействия на пласт (до 250 атм), при этом упрощается конструкция системы в целом и сохраняются ее функциональные возможности. Размещение оборудования на одном валу с двигателем уменьшает габариты, массу и стоимость системы.

Подача частично дегазированной жидкости после дополнительного газосепаратора на вход эжектора первой ступени сжатия уменьшает концентрацию газа на входе в систему.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой системы для водогазового воздействия на пласт; на фиг. 2 - схема системы с дополнительным газосепаратором.

Система для водогазового воздействия содержит электродвигатель 3 установленный на валу 9, трубопровод высокого давления 1, подключенный к эжектору первой ступени сжатия 2, к которому также подведена газовая линия низкого давления 4, последовательно установленные центробежный газосепаратор 5, многоступенчатый центробежный насос 6, эжектор второй ступени сжатия 8 и нагнетательный мультифазный насос 10, выход которого связан с трубопроводом к нагнетательной скважине 11, предназначенной для нагнетания водогазовой смеси в пласт. К эжектору второй ступени сжатия 8 подведены газовая линия низкого давления 7 и газ из газосепаратора 5. Центробежный газосепаратор 5, многоступенчатый центробежный насос 6, эжектор второй ступени сжатия 8 и нагнетательный мультифазный насос 10 объединены валом 9 электродвигателя 3, приводящим их в движение. Эжекторы 2 и 8 выполнены в виде многосопловых струйных аппаратов с соплами, расположенными вокруг отверстия под вал 9. В качестве нагнетательного применен мультифазный насос со следующей компоновкой: пакет осевых ступеней, содержащих рабочие колеса со спиральными лопастями, пакет диспергирующих ступеней из статоров-втулок и роторов-винтов, пакет переходных ступеней, состоящих из полуоткрытых рабочих колес и направляющих аппаратов, и пакет ступеней основного насоса центробежного типа.

В некоторых вариантах исполнения система может быть дополнительно укомплектована газосепаратором центробежного типа 12, установленным на выходе мультифазного насоса 10 на валу 9. Для отвода дегазированной жидкости газосепаратор 12 снабжен отдельным трубопроводом 13, подключенным к входу эжектора первой ступени сжатия 2, и выкидными отверстиями для газа, соединенными с трубопроводом к нагнетательным скважинам 11, при этом дополнительный сепаратор установлен на одном валу с мультифазным насосом 10.

Система водогазового воздействия на пласт работает следующим образом.

После запуска электродвигателя 3 начинает вращаться вал 9, который приводит в действие центробежный насос 6, мультифазный насос 10 и центробежный газосепаратор 5. Продукция добывающих скважин по трубопроводу высокого давления 1 подается в эжектор первой ступени сжатия 2, туда же по линии низкого давления 4 нагнетается часть газа. При прохождении через эжектор 2 происходит гомогенизация образовавшейся смеси. На выходе эжектора 2 давление понижается, вследствие чего повышается концентрация нерастворенного газа в смеси, которая поступает в центробежный газосепаратор 5, где происходит отделение газа (при коэффициенте сепарации, равном 0.6, отделяется 60% газа), а давление почти не изменяется. Отделенный газ направляется в эжектор второй ступени сжатия 8, а отсепарированная смесь с уменьшенным содержанием газа закачивается в многоступенчатый центробежный насос 6, рассчитанный на входную концентрацию нерастворенного газа не более 20%. Насос 6 необходим для привода эжектора второй ступени сжатия 8. В центробежном насосе 6 происходит повышение давления, что приводит к сжатию газа в смеси и, в конечном счете, снижению концентрации нерастворенного газа. Из центробежного насоса 6 смесь подается на прием эжектора второй ступени сжатия 8, куда одновременно поступает оставшееся количество газа по линии низкого давления 7.

После эжектора 8 снова происходит понижение давления, далее смесь поступает в мультифазный насос 10, который, по сравнению с обычным центробежным насосом, справляется с большей концентрацией нерастворенного газа. В частности, мультифазные насосы с осевыми ступенями успешно работают на газожидкостных смесях, содержащих до 75% нерастворенного газа (см., например, Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. «Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение». Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-мастер», 2007. - 645 с.). Мультифазный насос 10 развивает давление, необходимое для закачки водогазовой смеси в пласт, даже при наличии газа в смеси. К нагнетательным скважинам смесь поступает по трубопроводу 11.

В случае высокого газосодержания смесь после мультифазного насоса 10 отправляется на дополнительную дегазацию в газосепаратор 12, откуда частично дегазированная жидкость подается по трубопроводу 13 на вход эжектора первой ступени сжатия 2, уменьшая таким образом концентрацию газа на входе в систему, а отсепарированный газ, содержащий определенную долю жидкости, поступает по трубопроводу 11 в нагнетательную скважину.

Для подтверждения работоспособности предлагаемой системы был осуществлен ее расчет на основе фактических данных, полученных с Сорочинского месторождения. На фиг. 3 приведены требуемые параметры - подача и давление газа на входе в систему, давление после струйного насоса, давление на выходе из системы (отмечены прямым шрифтом), а также расчетные значения давления и концентрации газа на каждом из участков системы (выделены курсивом).

На вход эжектора первой ступени сжатия 2 подается газ с производительностью Q_гст=30000 м³/сут под давлением Р_гнач=4 атм и жидкость с расходом Q_ж=1536 м³/сут под давлением P₁=110 атм. На выходе эжектора 2 давление уменьшается с P₁=110 атм до P₂=42 атм. Из газосепаратора 5 газожидкостная смесь будет выходить с концентрацией нерастворенного газа, равной, согласно расчетам, β₁=16%, что вполне допустимо для дальнейшей подачи в центробежный насос 6. С учетом вышеуказанной концентрации нерастворенного газа и величины давления, которое необходимо развивать на выходе насоса 6, в качестве центробежного насоса может быть предложен серийный насос ЭЦН9-5000-2000 с количеством ступеней, равным 42, который способен развивать нужное давление.

Из насоса 6 газожидкостная смесь с увеличенным до P₅=115 атм давлением направляется в эжектор второй ступени сжатия 8, куда по линии низкого давления 7 закачивается газ с расходом, равным Q_гст=30000 м³/сут. После прохождения эжектора 8 такая смесь при давлении P₆=45 атм будет иметь концентрацию нерастворенного газа, равную β₂=46% (что допустимо для мультифазных насосов). Для обеспечения максимального коэффициента вытеснения флюидов в закачиваемой в нагнетательную скважину жидкости выходная концентрация нерастворенного газа должна быть снижена до 25% (Дроздов А.Н., Дроздов Н.А., Малявко Е.А. и др. Исследование водогазового воздействия на пласт и перспективы его внедрения с помощью насосно-эжекторных систем в условиях существующей структуры нефтепромыслов. - SPE 160687, доклад для презентации на технической нефтегазовой конференции и выставке SPE по разведке и добыче, Москва, Россия, 16-18 октября 2012), а давление достигать 120 атм. Такие показатели могут быть достигнуты после прохождения через мультифазный насос 10, состоящий из пакетов ступеней различного типа.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет уменьшить габариты и массу системы за счет замены оборудования, а размещение оборудования на валу одного двигателя делает ее менее громоздкой и более экономичной по сравнению с аналогами.