Как выбрать способ эксплуатации скважины

Способы эксплуатации нефтяных и газовых скважин

Энергия пласта также играет немаловажную роль в выборе способа эксплуатации скважины, поэтому нефтяные и газовые продукты могут быть извлечены посредством фонтанного, насосного или газлифтного способа эксплуатации. Все эти разновидности способов известны под общим наименованием – механизированная добыча полезных ископаемых (нефти и газа).

Фонтанный способ

Данный способ эксплуатации нефтяной скважины подразумевает поднятие жидкостей от забоя наверх по всей скважине, стимулятором чего будет только энергия нефтяных пластов. К преимуществам такого способа относится его высокая экономичность, поскольку подъем происходит естественным путем и не требует дополнительной траты сил и времени на это. Особое оборудование при этом способе эксплуатации также не требуется, и можно сэкономить как на его стоимости, так и на техническом обслуживании. Для обустройства фонтанирующей скважины потребуется головка для колонны, арматуры и линия выкидного типа из наземной техники, а также сама колонна из подземной. Трубы НКТ опускаются до верхних отверстий, образованных перфорацией. Трубы необходимы для обеспечения поднятия жидкости наверх по скважине, а также ряда других работ:

• Регулировка режима функционирования.
• Обеспечение работ по изучению скважины.
• Устранение отложений смолы и парафинов.
• Технологические мероприятия.
• Защита скважинной колонны от воздействия коррозии.
• Устранение пробок из песчаного материала.
• Процесс глушения скважины, который проводится перед проведением ремонтных работ в стволе.
• Защита от высокого давления и его перепадов.

Газлифтный способ

Существует две разновидности газлифтного способа эксплуатации нефтяной скважины: с компрессорами и без них. К плюсам такого способа можно отнести следующие качества:

• Техника для работы находится над землей, и ее проще обслуживать и проводить по мере надобности ремонтные работы.
• Конструкция техники достаточно проста в эксплуатации.
• Подъем жидкости можно производить в большом размере, и это не зависит от глубины ствола или ширины колонны.
• Дебит нефтяного продукта можно контролировать и задавать самостоятельно, для чего потребуется менять объем газа для подачи в скважину.
• С помощью газлифтового способа эксплуатации можно проводить эксплуатацию нефтяных или газовых скважин, которые были залиты водой или оказались пробурены в слоях с высоким содержанием песка.
• Исследовательские мероприятия в скважинах проводятся быстрее и проще.

Конечно, данный способ эксплуатации нефтяных и газовых скважин имеет и ряд недочетов. Так, в процессе эксплуатации требуется регулярно менять трубы НКТ, подъемник, эксплуатируемый в работе, имеет невысокий коэффициент полезного действия. Кроме того, создание компрессорных систем обходится недешево, а на тонну добываемых ископаемых приходятся высокие затраты электричества.

Насосная эксплуатация скважин

• Штанговое глубинное оборудование.
• Центробежный насос с электроприводом.
• Погружной штанговый либо насос с электроприводом.
• Диафрагменное устройство.

Особенности эксплуатации с помощью штангового насоса

• Невысокая подача.
• Ограничение по спуску оборудования.
• Ограничение по углу уклона ствола скважины.

При этом способе эксплуатации конструкция простого насоса состоит из цилиндра и плунжера с клапаном по типу шара-седла, благодаря которому обеспечивается подъем жидкости и исключается ее течение вниз. Также в конструкции может быть всасываюший клапан – он установлен ниже цилиндра. Штанговый насос работает посредством передвижений плунжера, на который воздействует привод. В насосе проходит верхняя штанга, она прикреплена к головке балансировочного элемента. Ключевые части штангового насоса:

• Рама.
• Четырехгранная пирамидообразная стойка.
• Балансировочный элемент.
• Траверса.
• Редуктор с противовесными элементами.
• Салазка поворотного типа.

Штанговый насос может быть вставного типа или невставного. Первые опускаются в ствол скважины в уже готовом виде, а до того по НКТ вниз погружается замок. Для замены оборудования не нужно несколько раз спускать или поднимать трубы. Что касается невставных разновидностей, то их можно спустить в наполовину готовом виде. Если такой насос требуется отремонтировать или поменять, нужно поднимать его по частям: сначала поднимается плунжер, а затем НКТ. Оба вида имеют и плюсы, и минусы, и выбор должен происходить с учетом конкретных условий предстоящей эксплуатации.

Особенности эксплуатации с помощью центробежного насоса с электроприводом

К ключевым узлам относятся следующие элементы:

• Сам насос, который состоит из нескольких секций и ступеней, а также колес и стальной трубы.
• Электрический мотор погружного типа, который заполняется маслом.
• Защита от воздействия влажности: она находится между двумя предыдущими элементами, защищая электромотор и передавая вращательный момент на насос.
• Кабель для подачи электричества от подстанции. Его структура должна быть защищена бронированным слоем, на земле до уровня спуска его сечение должно иметь круглую форму, а от погружного элемента – плоскую.

К дополнительному оборудованию, используемому в этом случае для эксплуатации нефтяных и газовых скважин, относятся следующие элементы:

• Газовый сепаратор, который эксплуатируется с целью уменьшить объем поступающих газов в насосное оборудование. В случае, если понижать этот показатель нужды нет, то можно применять вместо сепаратора обычный модуль для подачи жидкости в насос.
• Система термического типа с манометром (ТМС). Она сочетает функции измерения температурного режима и показателей давления внутри среды, в которой в настоящее время находится электронасос.

Данная установка должна монтироваться прямо в процессе спуска конструкции в ствол скважины. Сбор элементов производится в последовательном порядке, по направлению снизу наверх, в том числе и соединение кабеля с установкой и к трубам. Крепление осуществляется посредством металлических особых поясов; кабель, ведущий на поверхность, подключается к трансформатору и станции, которая выполняет функцию управления.

Кроме указанных элементов, колонна труб НКТ должна быть оснащена парой клапанов – сливным и обратного хода. Они установлены над насосом. Клапан обратного хода применяется в системе насоса для подачи жидкости в НКТ перед началом функционирования насосной станции. Этот клапан также не дает жидкости пролиться вниз из-за высокого давления. Что касается сливного клапана, то этот элемент устанавливается над предыдущим и применяется для слива жидкостей, который необходимо осуществить перед поднятием наверх оборудования.

Достоинства электрических центробежных насосов достаточно обширны и выделяют их по сравнению с глубинными аналогами штангового типа:

• Легкость конструкции наземной техники, а также упрощенная схема ее функционирования.
• Возможность откачивать большие объемы жидкости из ствола нефтяной или газовой скважины.
• Возможность успешной эксплуатации на большой глубине (более 3 км).
• Длительное время эксплуатации и минимальные нужды в ремонте, а также долгие промежутки действия между плановыми ремонтными работами.
• Исследования внутри нефтяной и газовой скважины могут быть осуществлены без поднятия оборудования на поверхность.
• Повышенная легкость процесса удаления парафиновых отложений, которые оседают на стенках НКТ.

Эксплуатация электрических центробежных насосов погружного типа возможно в скважинах, которые имеют определенный угол наклона, а также горизонтальное строение. Кроме того, они могут эксплуатироваться в скважинах с высокой обводненностью, в скважине с высоким содержанием брома в воде, а также для откачки растворов на основе кислот и солей. На современном рынке существуют разновидности, которые могут функционировать в одной скважине на разных уровнях с обсадными колоннами. В ряде случаев центробежные погружные насосы могут эксплуатироваться и для откачки воды из пластов горной породы, чтобы поддержать нужный уровень давления в них. Таким образом, спектр эксплуатации электрических насосов погружного типа для обеспечения работы скважины представляет собой наиболее широкую область, и оборудование данного вида может эксплуатироваться наиболее эффективно.

Источник

Система обоснования выбора способа эксплуатации скважин на основе матрицы применимости технологий добычи нефти

PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти. – 2020 — № 4 (18). – С. 82-86

М.И. Кузьмин 1 , к.т.н., А.Н. Бублик 1 , П.С. Музычук 1 , Л.Б. Рудник 1 , А.В. Сушков 2 , В.Э. Нестеренко 2 , Э.А. Потапова 2
1 Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»),
2 ООО «Газпромнефть-Цифровые решения»

Ключевые слова: механизированная добыча, матрица применимости технологий, расчет ССВ, нефтепромысловое оборудование, информационная система, выбор способа эксплуатации, критерии применимости, граничные условия

В статье рассматривается информационная система, использующая новую комплексную методику выбора способа эксплуатации скважин на основе критериев применимости и граничных условий по различным параметрам технологий механизированной добычи. Представлен механизм выбора технологий, состоящий из фильтрации общего реестра технологий по выбранным параметрам, экспертной оценки результатов и последующей экономической оценки совокупной стоимости владения на месторождениях компании. Рассмотрен процесс формирования и обновления базы технологий, критериев применимости и их граничных условий. Приведены графические материалы, иллюстрирующие прототип данной системы. Разработанная методика ускорит процесс внедрения новых технологий добычи, что, в свою очередь, приведет к положительным экономическим эффектам – снижению совокупной стоимости оборудования для добычи нефти на активах компании.

THE SYSTEM OF SUBSTANTIATION OF THE CHOICE OF THE WELL OPERATION METHOD BASED ON THE MATRIX OF APPLICABILITY OF OIL PRODUCTION TECHNOLOGIES

PRONEFT». Professional’no o nefti, 2020, no. 4 (18), pp. 82-86

A.M. Andrianova 1 , А.А. Loginov 1 , R.А. Khabibullin 1 , O.S. Kobzar 2
1 Gazpromneft NTC LLC, RF, Saint-Petersburg,
2 MIPT Center for Engineering and Technology

Keywords: artificial lift, technologies applicability matrix, total cost of ownership calculation, oilfield equipment, information system, choice of operation method, applicability criteria, boundary conditions

An information system is proposed that uses a new complex methodology for choosing a method for well operation based on applicability criteria and boundary conditions for the parameters of mechanized productivity technologies. A mechanism for selecting technologies is presented, which consists of filtering the general register of technologies according to the selected parameters for assessing the total cost of ownership at the Company’s fields. The process of forming and updating the technology base, criteria of applicability and their boundary conditions is considered. Graphic materials illustrate the prototype of this system. The developed methodology will speed up the process of introducing new production technologies, which in turn will lead to a positive economic effect – a decrease in the total cost of ownership of equipment for oil production at the Exploration and Production Block.

ВВЕДЕНИЕ

Ускорение процесса развития технологий является повсеместным в нефтедобывающей отрасли, но не всегда процесс внедрения новых и более эффективных технологий на производстве происходит быстро. Матрица применимости технологий (МПТ) добычи служит инструментом, который способен повлиять на данную ситуацию. Использование информации о граничных критериях применимости новых технологий различных производителей позволяет не только выбрать оптимальный способ механизированной добычи для конкретных геолого-физических условий, но и подобрать наиболее технологически и экономически эффективное оборудование с расчетом и обоснованием совокупной стоимости владения данным оборудованием.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ МАТРИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

МПТ представляет собой не только базу, содержащую данные по технологиям, но и инструменты для их удобного поиска, выбора и проведения экономической оценки с целью обоснования дальнейшего внедрения на активах компании. Добавление новых технологий в систему может быть инициировано как пользователями в периметре компании, так и производителями оборудования, заинтересованными в применении своей технологии, при этом постоянно ведется проверка данных с привлечением экспертов функции «Добыча». Для удобства пользователей предусматривается алгоритм нечеткого поиска по текстовым полям, который позволяет находить в матрице информацию по интересующему оборудованию. Каждая технология имеет свой собственный паспорт (рис. 1), содержащий: – краткое описание и принцип работы технологии; – таблицу граничных условий применимости; – информацию о производителе, поставщике и владельце лицензии; – предыдущий опыт испытаний и внедрения технологии на месторождениях компании; – текущий статус технологии, зависящий от результатов испытаний. Также предусмотрено поле тэгов, описывающих осложняющие факторы, при которых применяется та или иная технология, и ее особенности. Идея выбора способа эксплуатации на основе построения карт применимости технологий добычи не нова. В работах [1, 2] рассматривается

построение карт применимости в плоскостях нескольких технологических параметров для разных способов механизированной добычи. Новизной матрицы применимости технологий добычи является то, что технология рассматривается не как общий способ добычи, а как полная типоразмерная линейка конкретной модели оборудования определенного производителя. Весь процесс выбора состоит из трех этапов: фильтрация по граничным параметрам, экспертная оценка и расчет экономических эффектов внедрения технологии (рис. 2). Данная система позволяет подобрать подходящую технологию и ускорить процесс внедрения новых технологий, прошедших успешные испытания на месторождениях компании, отвечающих критериям максимальной экономической и технологической эффективности.

МЕТОДИКА УСКОРИТ ПРОЦЕСС ВНЕДРЕНИЯ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДОБЫЧИ, ЧТО ПРИВЕДЕТ К ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ ЭКОНОМИЧЕСКИМ ЭФФЕКТАМ – СНИЖЕНИЮ СОВОКУПНОЙ СТОИМОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ НА АКТИВАХ КОМПАНИИ.

ФИЛЬТРАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПО ГРАНИЧНЫМ ПАРАМЕТРАМ

Для эффективной фильтрации общего реестра технологий в матрице все нефтепромысловое оборудование, связанное смеханизированной добычей, распределено по классам оборудования. Каждый класс обладает своим уникальным набором параметров – критериями фильтрации, характеризующими данный вид оборудования, по которым происходит поиск и выбор технического решения. Все технологии, имеющиеся в базе, составляют общий реестр, содержащий информацию об их предыдущих испытаниях и достигнутых показателях эффективности (рис. 3). Процесс фильтрации основан на сравнении значений, вводимых пользователем, с границами применимости оборудования по соответствующим критериям. Все оборудование разделено на 10 классов (табл. 1). В интерфейсе ввода параметров пользователю предоставляется возможность ввести предполагаемые условия эксплуатации в виде точных значений или диапазонов представленных критериев по классу оборудования, кроме того,

предусмотрено поле поиска по тэгам. На рис. 4 представлено окно ввода параметров неполного набора фильтров для погружного насосного оборудования: Результатом применения фильтра является уменьшенный список, в котором остаются лишь технологии, полностью удовлетворяющие критериям фильтрации. Рассмотрим пример анализа результата полученного при использовании матрицы применимости технологий добычи. На рис. 5 приведены гистограммы, иллюстрирующие результат фильтрации по 4 параметрам матрицы для нескольких насосов различных производителей. Голубым цветом отмечен диапазон применимости технологии, черной точке соответствуют условия скважины, к которой подбирается оборудование. Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что оптимальной в данном случае является эксплуатация скважины винтовым насосом. Кроме того, исходя из попадания в диапазон по температуре жидкости, система оставит в итоговом списке только модель УЭВН, предлагаемой производителем Б.

ЭКСПЕРТНАЯ ОЦЕНКА ПРЕДЛОЖЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

На данном этапе пользователь матрицы имеет возможность убрать из числа удовлетворяющих условиям поиска технологий наименее перспективные по критериям, не охваченным матрицей. Основываясь на экспертных знаниях плюсов и недостатков [3] различных способов добычи, а также на предыдущем опыте применения технологий, можно сократить перечень технологий для дальнейшей их экономической оценки совокупной стоимости владения.

СРАВНЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ

Финальным этапом отбора технологий является расчет основных экономических показателей эффективности внедрения при помощи методики расчета совокупной стоимости владения (ССВ). Данный метод позволяет рассчитать прибыль, доходность проекта, а также удельный расход электроэнергии на поднятие тонны жид — кости, учитывая при этом все категории затрат в процессе установки и обслуживания оборудования. Расчет возможен как для варианта с прокатом оборудования, так и для случая его приобретения в собственность компании. Для сравнения технологий рассчитываются следующие показатели: – объем инвестиций; – удельная стоимость добычи (lifting cost); – удельная стоимость владения; – затраты жизненного цикла технологии В работах [4, 5] предложены методы отбора, основанные на сравнении экономических критериев. Методика расчета ССВ является оптимальной, так как позволяет наиболее полно посчитать все расходы при эксплуатации скважины, схожая методика представлена в работе [6]. На основании экономической оценки проводится окончательный выбор оптимальной технологии добычи нефти по заданным критериям и удельным затратам.

ВЫВОДЫ

В статье предложена комплексная система подбора оптимальной технологии механизированной эксплуатации скважин с учетом технологических и экономических параметров добычи нефти. Ее использование позволяет исключить субъективные факторы при выборе оптимального способа добычи и ускорить процесс внедрения новых технологий, доказавших свою эффективность на активах компании. Кроме того, предложенный подход к рассмотрению технологии как продукту не зависимого от производителей оборудования вендора дает возможность решить одну из главных проблем аналогичных систем– необходимость постоянного обновления существующей базы, так как производители сами заинтересованы во внесении новых технологий в систему, для их дальнейшего внедрения.

Список литературы

1. Кудряшов С.И., Хасанов М.М., Краснов В.А., Хабибуллин Р.А., Семенов А.А. Шаблоны применения технологий – эффективный способ систематизации знаний // Журнал Нефтяное хозяйство. – 2007. – № 11.
2. Хабибуллин Р.А., Краснов В.А. Метод построения карт применимости технологий механизированной добычи. SPE-176673-RU. 2015.
3. Clegg J.D., Bucaram S.M., Heln Jr N.W. Recommendations and Comp arision for Selecting Artificial-Lift Methods. SPE24834, December 1993, JPT.
4. Esprin D.A., Gasbarri S., Chacin J.E. Expert system for selection of optimum artificial lift method. Paper SPE26967 presented at 1994 SPE Latin American and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Buenos Aires, Argentina, 27–29 April.
5. Valentin E.P., Hoffman F.C. OPUS: An expert adviser for artificial lift, paper presented at the 1998 SPE Annual Technical Conference and Exibition Houston, 2–5 October.
6. Kol H., Lea J.F. Selection of the most effective artificial lift system for Priobskoe field. 1992. SPE ESP Workshop, Houston, 26–28 April.

References

1. Kudryashov S.I., Khasanov M.M., Krasnov V.A., Khabibullin R.A., Semenov A.A. Technology Application Patterns – an effective way to organize knowledge. Neftianoe khoziaistvo [Oil Industry Journal]. 2007, no.11, pp. 7–9. (In Russ.)
2. Khabibullin R.A., Krasnov V.A. An Approach for Artificial Lift Applicability Maps Construction (Russian). SPE Russian Petroleum Technology Conference, 26–28 October, Moscow, Russia. 2015. (In Russ.)
3. Clegg J.D., Bucaram S.M., Heln Jr N.W. Recommendations and Comparision for Selecting Artificial-Lift Methods. Journal of Petroleum Technology. 1993, vol. 45, iss. 12, pp. 1128–1167.
4. Esprin D.A., Gasbarri S., Chacin J.E. Expert System for Selection of Optimum Artificial Lift Method. SPE Latin America/Caribbean Petroleum Engineering Conference, 27–29 April, Buenos Aires, Argentina. 1994.
5. Valentin E.P., Hoffman F.C. OPUS: An Expert Adviser for Artificial Lift. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 2–5 October, Houston, Texas. 1988.
6. Kol H., Lea J.F. Selection of the Most Effective Artificial Lift System for Priobskoe field. SPE ESP Workshop, Houston, 26–28 April. 1992.

М.И. Кузьмин 1 , к.т.н., А.Н. Бублик 1 , П.С. Музычук 1 , Л.Б. Рудник 1 , А.В. Сушков 2 , В.Э. Нестеренко 2 , Э.А. Потапова 2

1 Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»), 2 ООО «Газпромнефть-Цифровые решения»

Источник