способ эксплуатации малодебитной скважины электронасосом с частотно-регулируемым приводом

Формула изобретения

СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАЛОДЕБИТНОЙ СКВАЖИНЫ ЭЛЕКТРОНАСОСОМ С ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ПРИВОДОМ, включающий периодическое повторение циклов, в каждом из которых осуществляют запуск насоса при увеличивающейся частоте питающего напряжения, подачу жидкости насосом в колонну подъемных труб при повышенной по сравнению с номинальным значением частоте и по достижении заданной величины давления в колонне труб уменьшают до нуля подачу насоса путем снижения частоты питающего напряжения для обеспечения притока жидкости из пласта, отличающийся тем, что после прекращения подачи насоса в каждом цикле регулируют частоту питающего электронасос напряжения, поддерживая в процессе притока жидкости из пласта максимальную частоту питающего электронасос напряжения, при которой насос не возобновляет подачу для предотвращения слива жидкости из колонны подъемных труб через насос в скважину, и возобновление подачи электронасоса переводом его на повышенную частоту осуществляют по достижении в процессе притока заданной величины давления на приеме насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к добыче нефти и может быть использовано для эксплуатации малодебитных скважин, оборудованных электронасосами, в частности погружными центробежными электронасосами.

Известен способ эксплуатации малодебитной скважины электронасосом, основанный на периодической его работе с отключением приводного электродвигателя при заданном значении давления на приеме насоса и последующем запуске по истечении установленной для данной скважины продолжительности технологической паузы [1]

Характерной особенностью данного способа является ограниченное регулирование производительности насоса путем изменения противодавления на устье скважины и сложность задания продолжительности технологической паузы, в течение которой происходит слив жидкости из подъемных труб в скважину и восстановление притока пластовой жидкости, а это не обеспечивает эффективного регулирования режимов эксплуатации скважины.

Наиболее близким по совокупности признаков и технической сущности к предлагаемому изобретению является способ эксплуатации малодебитной скважины электронасосом с частотно-регулируемым приводом, основанный на регулировании скорости притока жидкости из пласта в скважину путем периодического повторения циклов, каждый из которых состоит из последовательно осуществляемых процессов запуска насоса при увеличивающейся частоте питающего напряжения, подачи жидкости насосом в колонну подъемных труб при повышенной в сравнении с номинальным значением частоте и уменьшения до нуля подачи насоса путем снижения частоты питающего напряжения после достижения заданной величины давления в колонне подъемных труб, с последующим отключением насоса и сливом жидкости из колонны труб через насос в скважину [2]

Недостатком известного способа является ограничение притока жидкости из пласта в скважину в результате систематического слива жидкости из колонны подъемных труб и неконтролируемость процесса восстановления в скважине после прекращения подачи насоса.

Задача, на которую направлено заявляемое изобретение, обусловлена особенностью эксплуатации малодебитной скважины, производительность которой мала и выходит из области возможностей согласования с электронасосом. Поэтому откачку жидкости из такой скважины приходится периодически прекращать с целью необходимого накопления жидкости в скважине за счет притока пластовой продукции, однако, при реализации известных способов процесс восстановления происходит в скважине при отключенном состоянии насоса от источника напряжения питания, жидкость, находящаяся в колонне подъемных труб под избыточным давлением сливается в скважину и этот процесс не удается предотвратить известными способами, в том числе, например, с помощью глубинных обратных клапанов, устанавливаемых на выкиде электронасоса. В результате снижается эффективность откачки жидкости, искажается процесс восстановления, уменьшается приток жидкости из пласта из-за опережающего слива жидкости из подъемных труб в скважину. При этом запуск насоса до завершения слива затруднен и может привести к аварии насосного агрегата, а вынужденное увеличение продолжительности отключения насоса не эффективно из-за падения притока пластовой продукции. Выход из данного положения не позволяют реализовать известные технические решения.

По своей сущности предлагаемый способ эксплуатации малодебитной скважины электронасосом с частотно-регулируемым приводом основан на регулировании скорости притока жидкости из пласта в скважину путем периодического повторения циклов, каждый из которых состоит из последовательно осуществляемых процессов запуска насоса при увеличивающейся частоте питающего напряжения, подачи жидкости насосом в колонну подъемных труб при повышенной по сравнению с номинальным значением частоте и уменьшения до нуля подачи насоса путем снижения частоты питающего напряжения после достижения заданной величины давления в колонне подъемных труб с последующим отключением насоса и сливом жидкости из колонны подъемных труб через насос в скважину и отличается от прототипа тем, что при прекращении подачи насоса в цикле предотвращают слив жидкости из колонны подъемных труб через насос в скважину путем регулирования напора, развиваемого насосом при нулевой подаче изменением частоты питающего напряжения в соответствии с восстановлением давления в скважине и в колонне подъемных труб, происходящем под действием притока жидкости из пласта. Возобновляют подачу насоса в цикле переводом его на повышенную частоту после заданного восстановления за счет притока пластовой продукции, но не позднее истечения заданного времени работы насоса в режиме нулевой подачи. Регулируют частоту напряжения в процессе восстановления в цикле из условия поддержания наибольшей частоты, при которой насос еще не возобновляет подачу жидкости.

На фиг. 1 представлена схема установки насоса с частотно-регулируемым приводом, с помощью которой осуществляется способ эксплуатации скважины 1. Установка содержит скважинный насос 2 на колонне 3 подъемных труб, приводной электродвигатель 4 с токоподводящим электрокабелем 5, тиристорный преобразователь 6 частоты, управляющее устройство 7, датчик 8 давления в колонне подъемных труб, датчик 9 частоты выходного напряжения преобразователя 6, датчик 10 контроля мощности, потребляемой электродвигателем 4, датчик 11 напряжения электронасоса в режиме турбинного вращения, датчик 12 давления в скважине на глубине спуска насоса 2 и датчик 13 температуры электродвигателя 4.

На фиг.2 представлена блок-схема алгоритма осуществления способа.

На фиг. 3 представлены обобщенные характеристики центробежного насоса с выделенными областями срыва подачи, траекториями перемещения рабочего режи- ма по условиям алгоритма, где левая область срыва (ЛОС) подачи насоса при работе на газожидкостных смесях (неустойчивость при малой подаче); правая область срыва (ПОС) подачи насоса при работе на газожидкостных смесях (неустойчивость при больших подачах); __- траектория рабочего режима насоса при осуществлении способа.

Способ осуществляют по алгоритму, представленному на фиг.2, следующим образом.

С помощью преобразователя 6 частоты включают (указание 1 на фиг.2) приводной электродвигатель 4 по электрокабелю 5 на напряжение пусковой частоты f_пуск (фиг.2,3) до 10-20 Гц; после этого в течение нескольких секунд запускают электронасос 2 при увеличивающейся частоте питающего напряжения со скоростью +df/dt, до 10 Гц (указание 2, условие 2 на фиг.2; траектория 1 на фиг. 3) до заданной частоты, f_зад. повышенной в сравнении с номинальным значением f_н. и достаточной для выхода насоса 2 из левой области срыва подачи [4] при обеспечении устойчивой работы в режиме откачки жидкости из скважины 1 (указание 3, 4, 5 на фиг.2, траектория 2 на фиг.3). После со- здания заданного давления Р_к Р_зад в колонне 3 подъемных труб, контролируемого датчиком 8, в процессе работы насоса 2 на заданной частоте контролируют давление Р_с в скважине 1, например, на глубине спуска насоса по показаниям датчика 12 давления термоманометрической системы и после достижения заданной величины давления (условие 6 на фиг.2) соответствующего, например, допускаемому на приеме электронасоса:

P_c= P_доп= P_нас(0,198-0,18B) где _нд вязкость дегазированной нефти, мПа с;

_нп- вязкость нефти в пластовых условиях, мПа с,

Р_нас. давление насыщения, МПа,

В обводненность пластовой продукции,

уменьшают до нуля подачу насоса путем снижения частоты питающего напряжения (указание 8, условие 7 на фиг.2, траектория 3 на фиг.3) со скоростью -df/dt, до 1-5 Гц/с. Регистрируют прекращение подачи насоса, например, с помощью датчика частоты 9 и датчика 10 мощности в момент, когда мощность, потребляемая электронасосом на заданной частоте, становится равной потребляемой мощности насоса в режиме нулевой подачи для этой же частоты, определенной по стендовым характеристикам (условие 7 на фиг.2).

Далее оставляют насос в работе на достигнутой частоте питающего напряжения, обеспечивая необходимый напор для предотвращения слива жидкости в скважину 1. Скважину при этом переводят из режима откачки в режим восстановления, осуществляемого под действием притока жидкости из пласта (благодаря исключению слива жидкости из подъемных труб). В процессе восстановления (цикл по указанию 8, условиям 7, 9, 10 на фиг.2; траектория 4 на фиг.3) происходит подъем уровня жидкости и давления в скважине, поэтому для удержания насоса в режиме нулевой подачи (с напором, достаточным для предотвращения слива жидкости из колонны подъемных труб в скважину) в процессе восстановления с помощью управляющего устройства 7 систематически изменяют частоту выходного напряжения преобразователя 6 (указание 8, условия 7, 9, 10 на фиг. 2), поддерживая в каждый момент восстановления ее наибольшее значение, при котором насос еще не возобновляет подачу (не выходит из ЛОС) и в результате развивает напор, достаточный для предотвращения слива жидкости из подъемных труб в скважину.

Перевод скважины из режима восстановления в режим откачки производят по достижении, например (условие 10 на фиг.2) давления на приеме насоса оптимальной величины:

P_c= P_опт= P_нас(0,325-0,316)B

Для этого увеличивают частоту питающего напряжения (в соответствии с указанием 2 до выполнения условия 3 на фиг.2, траектория 5 на фиг.3) и далее, регулируют скорость притока жидкости из пласта периодическим повторением процессов откачки и восстановления в скважине, не допуская слива жидкости из колонны подъемных труб. Продолжительность процесса восстановления (условие 9 на фиг.2) без отключения насоса устанавливают индивидуально для скважины из условий, например, охлаждения двигателя 4 в потоке жидкости, создаваемом притоком ее из пласта в процессе восстановления (до нескольких минут). Режим откачки жидкости из скважины устанавливают, в дополнение к приведенным выше условиям, с учетом замены жидкости в скважине до глубины спуска двигателя 4 и насоса 2 и устойчивой подачи без срыва в ПОС, обусловленной снижением гидравлического КПД насоса.

После заданного восстановления давления в скважине, но не позднее истечения заданной продолжительности t_в t_зад. работы насоса в режиме нулевой подачи, возвращаются к откачке жидкости (указание 2 на фиг.2), диапазон изменения частоты при этом составляет от 40 до 65 Гц. Отметим, что по сигналу датчика 13 температуры t_с^о=t_зад^о в составе термоманометрической системы, насос может быть отключен. В этом случае оставляют скважину на длительное восстановление (указание 12, 13, условие 11, 14, 15 коррекции задания технологических параметров на фиг.2), продолжительность которого определяется интенсивностью слива жидкости в скважину и его влиянием на скорость притока в данную скважину из пласта. Интенсивность слива жидкости из колонны подъемных труб через насос в скважину определяют путем контроля с помощью датчика 11 напряжения U_г, вырабатываемого при этом приводом 4.

Таким образом, предлагаемое изобретение расширяет возможности регулирования притока пластовой продукции; предотвращает ограничивающее влияние на дебит скважины слива жидкости из колонны подъемных труб; сокращает частоту повторных запусков электронасоса, которые затруднены, даже при частотном регулировании электронасосом.