способ эксплуатации газлифтного комплекса

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации газлифтного комплекса, включающий подбор и эксплуатацию его технологических объектов (скважин, источников подачи газа, газопроводов высокого и низкого давления, газоманифольдов, газосепараторов и замерных установок), замер параметров их работы: для газлифтных скважин - расход газа дебит, рабочее и буферное давления, для источников подачи газа - давление на входе, для газоманифольдов и газосепараторов расход и давление газа, получение зависимостей добычи от расхода газа для каждой скважины и для группы (всех) скважин, выбор режимов газлифтных скважин, отличающийся тем, что дополнительно для каждого из источников подачи газа замеряют расход и давление газа на выходе и находят зависимости расхода газа, подаваемого в систему, от давлений на их входе и выходе, а для каждой газлифтной скважины зависимости добычи от расхода газа определяют при нескольких допустимых значениях пусковых и буферных давлений, при этом проверяют возможность их запуска, затем получают зависимости давления на технологических объектах газлифтного комплекса от расхода газа, причем полученные зависимости и зависимости добычи от расхода газа для группы скважин определяют на разные моменты времени эксплуатации газлифтного комплекса при различных допустимых значениях давлений на входе и выходе источников подачи газа, после чего по полученным зависимостям устанавливают степень влияния давления в системе на параметры работы газлифтных скважин и источников подачи газа и в зависимости от этого их ранжируют, затем определяют оптимальные значения пускового, рабочего и буферного давлений для газлифтных скважин, а для источников подачи газа оптимальные давления на их выходе и входе, по полученным значениям оптимальных давлений группируют существующие и подбирают новые технологические объекты газлифтного комплекса, для каждой выделенной группы выбирают оптимальные значения давлений в системе с учетом существующих ограничений, изменяют режимы газлифтных скважин и источников подачи газа таким образом, чтобы приблизить фактические параметры технологических объектов газлифтного комплекса к оптимальным значениям этих параметров, регистрируют изменения давлений в системе, стабилизируют и уточняют параметры технологических объектов, повторяют эту процедуру до оптимизации работы газлифтного комплекса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оптимальное рабочее давление для каждой газлифтной скважины и (или) отдельной группы скважин определяют с учетом заданного забойного давления и (или) заданного выходного давления источника подачи газа и суммы необходимых и достаточных для транспортировки и регулирования перепадов давлений в системе газораспределения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оптимальное пусковое давление для каждой газлифтной скважины и (или) отдельной группы скважин определяют с учетом заданного рабочего давления и суммы необходимых и достаточных для запуска сбросов давлений на газлифтных клапанах и (или) заданного выходного давления источника подачи газа и суммы необходимых и достаточных для транспортировки и регулирования перепадов давлений в системе газораспределения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для каждой группы (всех, части, одной) газлифтных скважин и для каждого определенного промежутка времени эксплуатации или(и) по мере изменения параметров газлифтных скважин и (или) источников подачи газа определяют, устанавливают и поддерживают оптимальные значения пускового и рабочего давлений.

5. Способ по пп.1 и 4, отличающийся тем, что группируют скважины с отдельными системами газораспределения, связанными со своими источниками подачи газа или(и) общей системой газораспределения, которую питает один или разные источники подачи газа в разное или в одно и то же время.

6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что необходимый сброс давления на каждом газлифтном клапане определяют путем порционального изменения величины расхода газа с одновременной регистрацией его давления во времени.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для каждой группы газлифтных скважин в качестве источника подачи газа используют газовые скважины и (или) компрессорные станции с разными или равными значениями давлений на их выходе и(или) на входе.

8. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что определяют оптимальные значения пусковых давлений на основе фактического расположения скважинных камер и минимального давления в системе газораспределения за все время их эксплуатации, а оптимальное рабочее давление на основе фактически установленных газлифтных клапанов с учетом текущего давления в системе газораспределения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к области компрессорного и бескомпрессорного газлифта, и может быть применено для оптимизации работы системы источники подачи газа подсистемы газораспределения газлифтные скважины.

Известен способ эксплуатации системы газлифтных скважин (авт. св. СССР N 1629520), включающий изменение расхода газа и замер дебита для каждой скважины из системы, перераспределение газа по скважинам путем увеличения расхода газа на одних скважинах и уменьшения на других, нахождение изменения расхода газа и дебита для каждой скважины, определение на их основе технологических режимов работы скважин, установление этих режимов на скважинах и повторение операции до достижения равенства между отношениями изменения дебита к изменению расхода газа для всех скважин в системе.

Известен способ эксплуатации системы газлифтных скважин (авт. св. СССР N 1708020), включающий измерение дебита скважины, изменение подачи газа в систему газораспределения при изменении расхода газа на гизлифтных скважинах и выбора для них на каждом этапе технологических режимов, обеспечивающих стабилизацию давления в системе газораспределения, на основе текущих отношений изменения давления в системе газораспределения к длительности промежутка времени, за которое регистрировалось данное изменение.

Известен способ эксплуатации газлифтного комплекса (Попов В.А. Шибанов В. А. Гречнев Н.П. Вершинин Ю.А. Леонов В.А. Шигапов Р.Р. Повышение эффективности эксплуатации газлифтного комплекса на месторождениях Западной Сибири. М. ВНИИОЭНГ, Обзорная информация. Сер. нефтепромысловое дело, 1985), включающий эксплуатацию технологических объектов газлифтного комплекса, таких как скважины, источники подачи газа (компрессорные станции), газопроводы высокого и низкого давления, газоманифольды, сепараторы, нефтегазопроводы, групповые замерные установки и пр. измерение параметров их работы, таких как расход и рабочее давление нагнетаемого газа и соответствующий ему дебит и буферное давление добываемой продукции для газлифтных скважин; давление на входе для источников подачи газа, расход газа и давление на газоманифольдах и газосепараторах; суммарная добыча жидкости, нефти и газа и давления на групповых замерных установках (в частном случае по всем скважинам для центрального пункта сбора).

Известные способы имеют следующие недостатки:

не обеспечивают рационального использования энергии газа, подаваемого в подсистему газораспределения источниками подачи газа, что проявляется в неоптимальном выборе и поддержании в процессе эксплуатации рабочего давления газа на газлифтных скважинах и, как следствие, в недоборе углеводородов или превышении удельного расхода газа;

не учитывают режим работы подсистемы газораспределения низкого давления (газопроводов, газосепараторов), что не позволяет поддерживать оптимальные значения давлений и перепадов давлений в газопроводах и, как следствие, приводит к большим энергетическим потерям;

не учитывают влияния пусковых давлений газлифтных скважин на эффективность их работы, при этом либо завышают значения пусковых давлений при подборе газлифтной компоновки (занижают запас), что снижает вероятность (возможность, эффективность) автоматического запуска и перезапуска скважин (вновь выводимых, остановленных ранее на ремонт и (или) после любой технологической остановки) на режим эксплуатации через рабочий клапан (скважина эксплуатируется через один из пусковых газлифтных клапанов), либо занижают значения пусковых давлений, при этом многие скважины (особенно высокодебитные) из-за уменьшенной (при подборе ее компоновки) точки ввода газа в лифт будут эксплуатироваться с высоким удельным расходом газа (недобор по дебиту жидкости и перерасход нагнетаемого газа по сравнению с компоновкой, подобранной по оптимальному пусковому давлению);

не учитывают режим работы (регулировочную характеристику компрессорных станций) источников подачи газа, в частности, не обеспечивают выбор оптимального давления на входе и выходе источников подачи газа в процессе эксплуатации газлифтного комплекса, из-за чего нерационально используется энергетический потенциал источников подачи газа;

не позволяют проводить адаптивную процедуру целенаправленного поиска оптимальных технологических параметров и оптимальных режимов работы системы источники подачи газа подсистемы газораспределения газлифтные скважины на разные моменты ее эксплуатации;

не позволяют проводить процедуру оптимизации газлифтного комплекса, имеющего скважины, эксплуатируемые только бескомпрессорным газлифтом, и имеющего различные группы скважин, эксплуатируемые одновременно компрессорным и бескомпрессорным газлифтом.

Целью изобретения является повышение эффективности газлифтной эксплуатации за счет увеличения точности и оперативности выбора оптимальных параметров технологических объектов газлифтного комплекса и режимов работы системы источники подачи газа подсистемы газораспределения газлифтные скважины и надежности их поддержания.

Эффект от применения способа выражается в основном:

в повышении добычи углеводородов;

снижении удельного расхода газа на единицу добычи углеводородов;

повышении надежности запуска скважин;

повышении надежности и стабильности газообеспечения газлифтного комплекса;

экономии энергии;

cнижении капиталоемкости газлифтного комплекса.

Эффект достигается за счет обеспечения оптимального режима в системе источники подачи газа подсистемы газораспределения газлифтные скважины путем обоснованного (оптимального) выбора значений давлений в системах газлифтного комплекса (прежде всего, давлений на входе и выходе источников подачи газа, пусковых, рабочих и буферных давлений газлифтных скважин).

Указанная цель достигается за счет следующих решений:

1.1. Для каждого из источников подачи газа:

а) замеряют расход и давление газа на выходе;

б) находят зависимости расхода газа, подаваемого в систему, от давлений на их входе и выходе.

1.2. Для каждой газлифтной скважины зависимости добычи от расхода газа на разные моменты (не менее трех) ее эксплуатации (различная обводненность, пластовое давление) определяют при нескольких допустимых значениях (не менее трех) пусковых (определяемых значениями давлений в газопроводах высокого давления) и (не менее трех) буферных давлений (определяемых значениями давлений в системе нефтегазосбора, то есть в газопроводах низкого давления и в нефтепроводах), при этом проверяют возможность запуска скважины, то есть достижение точки ввода газа рабочего клапана.

1.3. Получают зависимости давления на технологических объектах газлифтного комплекса (скважины, газопроводы высокого и низкого давлений, источники подачи газа высокого давления, газоманифольды, нефтепроводы, газосепараторы, замерные установки) от расхода газа, причем полученные зависимости и зависимости добычи от расхода газа для группы скважин определяют на разные моменты времени эксплуатации газлифтного комплекса при различных значениях давлений на входе и выходе источников подачи газа.

1.4. По полученным в пп. 1.1, 1.2. зависимостям устанавливают (путем активного или пассивного эксперимента на газлифтном комплексе или путем прогона имитационной модели газлифтного комплекса) степень влияния давления в системе (на входе и выходе источников подачи газа, в газопроводах высокого и низкого давлений, на газоманифольдах, на устье газлифтных скважин) на технологические параметры работы газлифтных скважин (дебит), группы газлифтных скважин (суммарная добыча нефти, жидкости и газа) и источников подачи газа (расход газа) и в зависимости от этого ранжируют скважины и источники подачи газа, то есть располагают в ряд по мере убывания изменения параметров работы при изменении давления в системе.

1.5. Определяют для газлифтных скважин оптимальные значения пускового, рабочего и буферного давлений, а для источников подачи газа оптимальные давления на их выходе и входе.

1.6. По полученным значениям оптимальных давлений группируют существующие и подбирают (выбирают, проектируют) новые технологические объекты (газлифтные скважины, газопроводы высокого и низкого давлений, источники подачи газа) газлифтного комплекса, обосновывают их внутреннюю структуру и устанавливают взаимосвязи различных технологических объектов в газлифтном комплексе.

1.7. Для каждой выделенной группы технологических объектов газлифтного комплекса с их источниками подачи газа и газопроводами высокого и низкого давлений выбирают оптимальные значения давлений: буферных и пусковых для газлифтных скважин; на входе и на выходе для источников подачи газа, то есть определяют оптимальное поле распределения давления по технологическим объектам газлифтного комплекса с учетом существующих (геологических, структурных, технических и технологических) ограничений.

1.8. Изменяют режимы газлифтных скважин и источников подачи газа таким образом, чтобы приблизить фактические параметры технологических объектов газлифтного комплекса к оптимальным значениям (уровням) этих параметров.

1.9. Регистрируют (замеряют, наблюдают) при каждом изменении режимов технологических объектов газлифтного комплекса изменения давлений в его системах, стабилизируют (выводят на установившийся режим) и уточняют (повторно замеряют и корректируют ранее полученные зависимости) параметры технологических объектов газлифтного комплекса.

1.10. Повторяют процедуры по пп. 1.1-1.9. до оптимизации работы газлифтного комплекса (до согласования замеренных и расчетных технологических параметров до тех пор, пока на каждом последующем этапе улучшается критерий оптимизации).

Этот признак позволяет:

выявить влияние давления в подсистеме газораспределения на показатели работы технологических объектов, т. е. на основе сбора, спецификации и идентификации промысловых данных сделать логико-математическое описание моделируемой системы (газлифтного комплекса) (получить основные зависимости);

выделить (выявить) источники подачи газа и газлифтные скважины, наиболее сильно реагирующие на давление в системе (газопроводах высокого и низкого давлений);

улучшить энергетические и надежностные показатели работы газлифтного комплекса.

обоснованно подбирать (проектировать) технологические объекты (компрессорные станции, газовые и газлифтные скважины, газопроводы высокого и низкого давлений, газоманифольды, скважины) и оптимально группировать их в отдельные подсистемы с наиболее взаимосогласованными параметрами и технологическими режимами.

увеличить точность и оперативность выбора оптимальных технологических параметров и режимов работы системы источники подачи газа подсистемы газораспределения газлифтные скважины.

2. Оптимальное рабочее давление для каждой газлифтной скважины и (или) отдельной группы скважин определяют с учетом заданного забойного давления и (или) заданного выходного давления источника подачи газа и суммы необходимых и достаточных для транспортировки и регулирования перепадов давлений в системе газораспределения.

Этот признак позволяет предупредить: с одной стороны занижение рабочего давления, и, как следствие, снизить энергозатраты процесса газлифтной добычи нефти; с другой стороны завышение рабочего давления, и, как следствие, повысить надежность стабильной эксплуатации скважин при различных флуктуациях параметров их работы, то есть этот признак позволяет наиболее полно использовать потенциал (добывные возможности) газлифтных скважин.

3. Оптимальное пусковое давление для каждой газлифтной скважины и (или) отдельной группы скважин определяют с учетом заданного рабочего давления и суммы необходимых и достаточных для запуска сбросов давлений на газлифтных клапанах и (или) заданного выходного давления источника подачи газа и суммы необходимых и достаточных для транспортировки, запуска и регулирования перепадов давлений в системе газораспределения.

Этот признак позволяет повысить надежность запуска и перезапуска газлифтной скважины.

4. Определяют, устанавливают и поддерживают оптимальные значения пускового и рабочего давлений для каждой группы (всех, части, одной) газлифтных скважин и для каждого определенного промежутка времени эксплуатации или (и) по мере изменения параметров газлифтных скважин (пластового, забойного и устьевого давлений, коэффициента продуктивности, обводненности добываемой продукции и дебита скважин) и (или) источников подачи газа.

Этот признак позволяет оптимизировать работы системы с учетом индивидуальных характеристик газлифтных скважин и источников подачи газа на разные этапы их эксплуатации.

5. Группируют скважины с отдельными системами газораспределения, связанными со своими источниками подачи газа или (и) общей системой газораспределения, которую питает один или разные источники подачи газа в разное или в одно и то же время.

Этот признак позволяет оптимизировать работу системы с учетом индивидуальных характеристик источников подачи газа.

6. Необходимый сброс давления на каждом газлифтном клапане определяют путем порционального изменения величины расхода газа с одновременной регистрацией его давления во времени. То есть изменяют величину давления за счет подачи газа в скважину порциями с одновременной регистрацией динамики изменения давлений газа во времени и скачков давления в моменты перехода инжекции газа в подъемник с одного клапана на другой.

Этот признак позволяет определить значения необходимых и достаточных для надежного запуска скважины сбросов давлений на пусковых клапанах и определить оптимальное пусковое давление.

7. Для каждой группы газлифтных скважин в качестве источника подачи газа используют (подбирают) газовые скважины и (или) компрессорные станции с разными или равными значениями давлений на их выходе и (или) на входе.

Этот признак позволяет дифференцированно подбирать для каждой группы газлифтных скважин наиболее приемлемый (оптимальный) источник подачи газа.

8. Определяют оптимальные значения пусковых давлений на основе фактического расположения скважинных камер и минимального давления в системе газораспределения за все время их эксплуатации, а оптимальное рабочее давление на основе фактически установленных газлифтных клапанов с учетом текущего давления в системе газораспределения.

Этот признак позволяет, с одной стороны, не менять компоновку газлифтной установки на протяжении длительного промежутка времени (всего периода эксплуатации газлифтного комплекса) и тем самым повысить межремонтный период скважины, с другой стороны, позволяет на каждый текущий момент обоснованно выбирать и изменять, например, с помощью канатной техники подземное оборудование газлифтного подъемника.

Способ осуществляют следующим образом.

При проектировании (подборе, выборе) и эксплуатации технологических объектов нефтегазодобывающего газлифтного комплекса, таких как скважины, газопроводы высокого и низкого давлений, источники подачи газа высокого давления, газоманифольды, нефтепроводы, сепараторы, групповые замерные установки в процессе разработки нефтегазового (нефтяного, газоконденсатного) месторождения при различных (не менее трех) допустимых значениях пусковых давлений, определяемых давлениями в системе газораспределения для допустимых или (и) фактических, или (и) прогнозируемых различных (не менее трех) буферных давлений, определяемых давлениями в системе нефтегазосбора, определяют экспериментальным (замеряют) и (или) расчетным путем основные параметры и показатели работы технологических объектов газлифтного комплекса. А именно:

А). Для каждой скважины на разные моменты эксплуатации определяют зависимости ее дебита от расхода подаваемого газа при различных значениях пускового и буферного давлений.

То есть получают следующие математические зависимости

Q_i f(V_i, P_пi, P_бi)

где Q_i дебит (жидкости, нефти, газа) для i-ой газлифтной скважины;

P_пi пусковое давление (давление, на которое делается расчет компоновки скважинных камер) для i-ой газлифтной скважины;

P_бi буферное давление (давление добываемой продукции на устье скважины) для i-ой газлифтной скважины.

Зависимость дебита от расхода газа получают путем следующих конкретных операций: несколько раз устанавливают различные значения расхода газа, в каждом из этих случаев стабилизируют режим работы скважины и затем измеряют дебит скважины, полученные таким образом замеры аппроксимируют теоретической зависимостью, например полиномом второй степени. Кроме этого, для каждой скважины (на разные моменты эксплуатации при различных пусковых и буферных давлениях в системе) определяют возможность ее запуска (отношение числа удачных выводов на режим с рабочей точки ввода газа к общему числу запусков при расходе газа, достаточном для поддержания стабильного значения рабочего режима). Для определения возможности запуска скважины при различных пусковых и буферных давлениях, например, можно использовать следующую процедуру: после очередной остановки (изменения режима) скважины изменяют пусковое или (и) буферное давление (например, с помощью регулятора давления), затем устанавливают расход газа, равный рабочему, то есть тому, при котором была ранее эксплуатация скважины с рабочего клапана, и проверяют (например, путем регистрации динамического уровня), достигнута или нет рабочая точка ввода газа в газлифтный подъемник.

В). Для каждого из источников подачи газа определяют зависимость расхода газа, подаваемого в систему, от давления на выходе и от давления на входе, первое из которых определяет значения пускового и рабочего давлений, а последнее: для компрессорных станций определяется буферным давлением газлифтных скважин, а для газовых скважин пластовым давлением.

То есть получают следующие математические зависимости

V_k f(P_вk, P_иk)

V_k расход газа для k-го источника подачи газа;

P_вk давление на входе (на приеме) k-го источника подачи газа;

P_иk давление на выходе k-го источника подачи газа.

C). Затем определяют степень влияния давления в системе на режимы работы и технологические параметры системы источники подачи газа подсистемы газораспределения газлифтные скважины. Для этого изменяют давления в системе. Это можно сделать специально (путем активного эксперимента) или фиксируют случайное изменение давления (пассивный эксперимент), которое может произойти из-за изменения технологических режимов на газлифтных скважинах и источниках подачи газа. На протяжении всего переходного (с одного установившегося на другой установившийся режим) режима регистрируют динамику технологических параметров (давление на входе и выходе источников подачи газа при соответствующих подаваемых в систему расходах газа, давление на газоманифольдах при потребляемых ими из системы расходах газа, рабочее и буферное давления для газлифтных скважин) до их относительной стабилизации. По замеренным статистическим данным идентифицируетcя (строится или настраивается) математическая модель путем их аппроксимации. Имитация полученной модели (например, путем расчетного численного эксперимента за счет изменения значений технологических параметров системы источники подачи газа подсистемы газораспределения газлифтные скважины) позволяет сделать не только качественную оценку (расположить газлифтные скважины и источники подачи газа в ряд по мере возрастания влияния на их параметры давления в системе), но и количественную оценку (на сколько изменяется дебит или удельный расход газлифтной скважины и расход газа, подаваемого в систему источником подачи газа, при изменении на единицу давления в системе).

D). В зависимости от критерия оптимизации, в качестве которого может быть:

максимизация суммарной добычи нефти или (и) жидкости, или (и) газа низкого давления, поступающего на вход компрессора;

минимизация расхода газа высокого давления или (и) капитальных вложений, или (и) приведенных затрат, или (и) экологических ущербов, или (и) себестоимости добываемой продукции, определяют значения оптимальных давлений в системе: для газлифтных скважин рабочего и пускового; для источников подачи газа давлений на выходе и входе.

Например, по известному заданному оптимальному значению забойного давления в эксплуатационном объекте (исходя из условия, что газ вводится в подъемник на максимально возможной глубине) для каждой скважины с учетом ее геолого-технических ограничений и ограничений по давлению на выходе источников подачи газа определяют оптимальные значения рабочих давлений для различных этапов эксплуатации и группируют скважины по этому признаку. То есть оптимальное рабочее давление Р_рi для каждой i-ой газлифтной скважины и (или) отдельной группы скважин определяют по минимуму значений, полученных из следующих соотношений:

P_pi=P_зi-P_иi



где P_зi заданное оптимальное забойное давление для i-ой скважины;

P_иk заданное значение давления на выходе k-го источника подачи газа;

P_иi перепад давления на участке от регулятора расхода до забоя скважины (газа на участке газопровода от регулятора до рабочего клапана и газожидкостной смеси на участке от рабочего клапана до забоя скважины);

сумма необходимых и достаточных для транспортировки перепадов давлений в газопроводах высокого давления от k-го источника подачи газа до i-ой скважины;

P_ppi необходимое и достаточное значение перепада давления для регулирования и измерения расхода газа на i-ой скважине;

сумма необходимых и достаточных для запуска сбросов (перепадов) давлений на каждом j-ом газлифтном клапане i-ой скважины.

Для каждой скважины с учетом технико-технологических характеристик газлифтных клапанов определяют оптимальные значения пусковых давлений для различных этапов эксплуатации и группируют скважины по этому признаку. Оптимальное значение пускового давления определяют по заданному оптимальному рабочему давлению и сумме необходимых (для надежного запуска) сбросов давлений на пусковых клапанах. Для определения последних изменяют темп подачи газа в скважину порциями с одновременной регистрацией динамики изменения давлений газа во времени и скачков давления в моменты перехода инжекции газа в подъемник с одного клапана на другой. Это делается при минимальном темпе подачи газа в подъемник, но достаточном для устойчивого выхода эксплуатации скважины на нижерасположенный газлифтный клапан. С другой стороны, определяют значения необходимых перепадов давления для: транспортировки газа от источников его подачи до газлифтных скважин по существующим и (или) проектным газопроводам; для регулирования расхода газа в рабочем диапазоне при существующих регуляторах и рабочих режимах; для измерения расхода газа; для обеспечения надежного запуска при существующем или (и) проектном скважинном оборудовании.

То есть определяют оптимальное пусковое давление P_пi для каждой i-ой газлифтной скважины и (или) отдельной группы скважин по минимуму значений, полученных из следующих соотношений:





Оптимальные значения давлений на выходе и входе для источников подачи газа определяют по заданным потребностям в расходе газа и зависимостям расхода газа от этих давлений, а также по заданным значениям рабочих и пусковых давлений для отдельных групп газлифтных скважин на разные этапы их эксплуатации. При этом источники подачи газа группируют (закрепляют за газлифтными скважинами) с газлифтными скважинами.

E). После определения оптимальных значений давлений в системе источники подачи газа подсистемы газораспределения газлифтные скважины можно не только группировать существующие, но и обоснованно подбирать новые технологические объекты (газлифтные скважины, компрессорные станции, газовые скважины, газопроводы высокого и низкого давлений, газоманифольды, газосепараторы, теплообменники и пр.). При этом обязательно необходимо учитывать существующие геологические, технические и технологические ограничения.

Если предполагается ввести в эксплуатацию новую газлифтную скважину, то для нее необходимо, в частности, обосновать пусковое, буферное и рабочее давления. Это делается одновременно с оптимизацией ее структуры, которая включает выбор типа и месторасположения скважинных камер, пусковых и рабочих клапанов (тип, диаметр седла, давление зарядки). Для повышения межремонтного периода скважин месторасположения скважинных камер могут быть определены на основе минимального давления в системе газораспределения за все (достаточно длинное) время их эксплуатации. Для повышения эффективности газлифтных скважин (с учетом изменяющихся характеристик газлифтного комплекса и данной скважины) пусковые и рабочий (в некоторых случаях глухие) клапаны (тип, диаметр седла, давление зарядки) подбирают на основе текущего давления в системе газораспределения по мере изменения геолого-технических характеристик данной скважины.

Если предполагается ввести в эксплуатацию новый источник подачи газа, то обосновывается давление на его выходе и входе.

Если необходимо реконструировать систему газораспределения высокого давления, то по оптимальным значениям пусковых и рабочих давлений для газлифтных скважин и давлениям на выходе источников газа подбирают эффективную структуру газопроводов высокого давления с газоманифольдами, а по оптимальным значениям устьевых (буферных) давлений для газлифтных скважин и давлениям на входе источников газа подбирают газопроводы низкого давления, газосепараторы и замерные установки, нефтепроводы и другие технологические объекты.

При этом задача решается с учетом существующих ограничений не только всего газлифтного комплекса (количество и качество конкретных газлифтных скважин, источников подачи газа, газопроводов, газоманифольдов, газосепараторов и пр.), но и ограничений его отдельных технологических объектов.

Для газлифтной скважины геолого-техническими ограничениями являются: ее коэффициент продуктивности, пластовое давление в зоне отбора, минимально допустимое забойное давление, физико-химические свойства добываемой продукции (в частности, текущая обводненность, вязкость, плотность и пр.), существующая конструкция скважины (в частности, эксплуатационная колонна, интервал перфорации и пр. ), существующие (в смысле возможные для промышленного использования) типоразмеры подземного (НКТ, мандрели, пакера, клапаны и пр.) и наземного (задвижки, краны, регуляторы и пр.) оборудования, существующая контрольно-измерительная и регулирующая аппаратура.

Ограничениями для источников подачи газа являются:

для газовой скважины ее коэффициент продуктивности, пластовое давление в зоне отбора, минимально допустимое забойное давление, физико-химические свойства газа (вязкость, плотность, температура и пр.), существующая конструкция скважины (эксплуатационная колонна, интервал перфорации и пр.), существующие типоразмеры подземного и наземного оборудования;

для компрессорной станции ее существующие технологические регулировочные характеристики (зависимость расхода от давления на входе и на выходе), физико-химические свойства газа и пр.

F). Изменяют режимы газлифтных скважин и источников подачи газа таким образом, чтобы приблизить фактические параметры технологических объектов газлифтного комплекса к оптимальным значениям этих параметров, при этом регистрируют изменения давлений в системе до стабилизации режимов. Для изменения режимов работы технологических объектов, в частности, можно изменять расход газа:

для газлифтных скважин с помощью регулятора расхода газа;

для газовой скважины путем создания противодавления (например, штуцированием или регулятором на устье);

для компрессорной станции путем остановки отдельных компрессоров, дросселирования на входе и выходе компрессоров, изменения частоты вращения, перепуска газа на вход компрессора и пр. за счет существующей на ней автоматической регулирующей аппаратуры (заслонка на входе компрессора, антипомпажная линия).

G). После каждого глобального изменения режимов работы технологических объектов газлифтного комплекса (запуск или остановка компрессоров, остановка или ввод газовой скважины, одновременное изменение расхода газа по большой группе газлифтных скважин) стабилизируют их параметры. При переходе с одного (предыдущего) на другой (новый) установившийся режим контролируют давление в системах газораспределения (например, давления на входе и выходе источников подачи газа и на газоманифольдах). Стабилизация может быть обеспечена как естественным (самопроизвольным, пассивным), так и искусственным (активным) путем (например, для ускорения процесса). Одним из самых действенных способов стабилизации давления в системе газораспределения является обеспечение баланса между подаваемым (источниками подачи) в систему газом и газом, потребляемым (газлифтными скважинами) из системы, за счет целенаправленного изменения режима источников подачи газа и газлифтных скважин.

H). Каждый раз после стабилизации давления уточняют параметры технологических объектов (газлифтных скважин и источников подачи газа) путем наблюдения или непосредственных замеров и идентификации моделей технологических объектов и модели их взаимосвязи (газлифтного комплекса) по фактическим данным.

На практике операцию уточнения значений технологических параметров осуществляют путем экспериментального замера отдельной выборки реальных давлений в системе, которую используют при идентификации (настройки, валидации) модели по статистическим данным; то есть обеспечивают адекватность имитационной модели исследуемой (эксплуатируемой) системе. Именно для этого повторяют процесс многократно (в частном случае постоянно), а момент достижения оптимальной работы газлифтного комплекса определяют по совпадению с достаточной для промысловой практики точностью расчетных (определяемых погрешностью средств измерения) и замеренных технологических параметров.

I). После уточнения параметров вновь определяют степень влияния давления в системе газораспределения на параметры технологических объектов (газлифтные скважины и источники подачи газа) и при необходимости (целесообразности) производят их перегруппировку (перераспределение) по степени влияния изменения давления в подсистеме газораспределения для дальнейшей эксплуатации разных групп технологических объектов с разными значениями (оптимальными для них) давлений в системах газлифтного комплекса.

J). Оптимальное значение параметров технологических объектов на практике достигают путем перераспределения расхода газа по всем газлифтным скважинам или изменением расхода газа источников подачи газа. После каждого повторения измерения параметров технологических объектов их сопоставляют с предыдущими и расчетными значениями этих параметров и, при рассогласовании последних на уровне, превышающем допустимые пределы погрешности измерительных приборов, корректируют на основе последних измерений зависимости суммарной добычи по всем скважинам и давлений в системе от расхода газа. Затем на основе корректированных зависимостей находят и распределяют между газлифтными скважинами новое оптимальное значение расходов газа.

Эту адаптивную процедуру повторяют до стабилизации технологических параметров на уровне, наиболее близком к оптимальному уровню работы системы источники подачи газа подсистемы газораспределения газлифтные скважины, то есть до тех пор, пока происходит увеличение прироста суммарной добычи углеводородов и (или) сокращение удельного расхода газа, и (или) повышение надежности автоматического запуска газлифтных скважин.

Если нельзя зарегистрировать изменение вышеназванных параметров, то процедуру повторяют до тех пор, пока будут отличаться фактически зарегистрированные (прямые и косвенные) параметры и расчетные значения этих параметров, определенные с помощью математической модели.

При эксплуатации газлифтного комплекса могут быть установлены разные значения пускового и рабочего давлений для отдельной (каждой) группы (всех, части, одной) скважин системы, которые поддерживаются в одно и то же время или изменяются в разное время. Причем пусковое и рабочее давления для отдельных (разных) скважин можно изменять по мере изменения их технологических параметров (пластового, забойного и устьевого давлений, коэффициента продуктивности, обводненности добываемой продукции и дебита скважин) и по мере изменения параметров источников подачи газа.

Каждую отдельную группу (систему) скважин можно оснастить общей или разными отдельными системами газораспределения и (или) газосбора, при этом каждую из них могут питать как отдельные (свои) источники подачи газа, так и общие централизованные источники подачи газа высокого давления в одно и то же или разное время. То есть на одном газлифтном комплексе могут быть несколько систем газораспределения с различными давлениями в них. К отдельным группам скважин могут быть подключены несколько (две) систем газораспределения.

При этом могут использоваться различные схемы подачи газа, например, одна система от газовых скважин бескомпрессорный газлифт, а другая от компрессорных станций компрессорный газлифт или одна система с более высоким давлением для запуска скважин, а другая с менее высоким давлением для постоянной эксплуатации.

Каждую группу газлифтных скважин можно оснастить своей системой газосбора (распределения газа низкого давления), например, одна система с более высоким давлением для транспортировки газа на удаленное расстояние или на прием газлифтных компрессорных станций за счет энергии скважин, а другая с менее высоким давлением для подачи газа на близкое расстояние или на прием вакуумных компрессорных станций.

В качестве источников подачи газа могут быть выбраны газовые скважины (бескомпрессорный газлифт) и (или) компрессорные станции (компрессорный газлифт) с равными или разными значениями давлений на выходе.

Изобретение иллюстрируется конкретным (частный случай) примером для четырех газлифтных скважин (NN 4519, 4557, 6056, 6057) Самотлорского месторождения, эксплуатируемых бескомпрессорным газлифтом.

На фиг.1 приведена зависимость расхода газа (точки: 125, 150, 155, 170, 195 тыс. м³/сут) газовой скважины (N 2660 пласт А1) от давления на ее выходе (устье) (точки: 11.0, 11.5, 11.8, 12.0, 12.5 МПа), определяющего давление в подсистеме газораспределения; на фиг.2 зависимости дебита жидкости от расхода газа для четырех газлифтных скважин, подключенных к общей подсистеме газораспределения, питаемой одним источником подачи газа газовой скважиной при различных значениях пусковых давлений (точки: 10.5, 11.0, 11.3, 11.5, 12.0), соответствующих разным давлениям в системе газораспределения, определяемого давлением на выходе (устье) газовой скважины соответственно (точки: 11.0, 11.5, 11.8, 12.0, 12.5 МПа); на фиг.3 зависимость суммарной добычи нефти для системы (четырех) скважин от пускового давления (давления в подсистеме газораспределения), полученная при условии оптимального распределения общего расхода газа между скважинами.

Ниже приведен алгоритм последовательности основных операций и вычислений при проведении способа для данного конкретного примера.

1. Подбирают для оптимизации группы технологических объектов (для простоты и наглядности взято только 4 газлифтных скважины и 1 источник подачи газа газовая скважина, расчет газопроводов высокого и низкого давлений и прочих технологических объектов в примере не рассматривается, так как это делается традиционными методами).

2. Замеряют параметры работы для источников подачи газа расход газа при различных допустимых значениях давления на выходе и на входе (последнее для простоты принято постоянным, хотя пластовое давление в зоне отбора газовой скважины может меняться в широких диапазонах).

4. Находят зависимости расхода газа, подаваемого в систему источником подачи газа, от давления на выходе и входе на разные моменты эксплуатации газлифтного комплекса (фиг. 1, давление на входе постоянное минимальное на конец эксплуатации газлифтного комплекса).

5. Определяют (в примере, рассчитывают с помощью математических моделей газлифтных скважин) для каждой газлифтной скважины зависимости добычи от расхода газа при нескольких допустимых значениях пусковых и буферных давлений (для простоты и наглядности примера взят только срез многомерной зависимости, то есть получены зависимости дебита от расхода газа при пяти различных значениях давлений при максимальной обводненности (фиг.2).

6. Проверяют возможность запуска при нескольких допустимых значениях пусковых и буферных давлений (в нашем конкретном примере запуск обеспечивается, но при увеличении буферного давления с 1,5 до 4 МПа или при уменьшении пускового давления до 8 МПа ввод газа через рабочий клапан для данных компоновок был бы невозможен).

7. Получают зависимость добычи от расхода газа для группы (всех) скважин.

8. Получают зависимости давления на технологических объектах газлифтного комплекса от расхода газа при различных допустимых значениях давлений на входе и выходе источников подачи газа.

9. Устанавливают по полученным зависимостям степень влияния давления в системе на параметры работы газлифтных скважин (при увеличении пускового давления с 11 МПа до 12 МПа дебит жидкости на максимальных режимах изменился соответственно:

для скв 4519 на 140 м³/сут, для скв 4557 на 120 м³/сут,

для скв 6057 на 100 м³/сут, для скв 6056 на 80 м³/сут.

10. Устанавливают по полученным зависимостям степень влияния давления в системе на параметры работы источников подачи газа (в нашем примере при изменении давления на выходе с 11 МПа до 12 МПа расход газа изменился на 40 тыс.м³/сут.

11. Ранжируют в зависимости от степени влияния давления в системе на параметры работы газлифтных скважин газлифтные скважины (в нашем примере получается следующий ряд скв 4519, 4557, 6057, 6056).

12. Ранжируют в зависимости от степени влияния давления в системе на параметры работы источников подачи газа источники подачи газа (в нашем примере всего один источник подачи газа).

13. Определяют оптимальные значения рабочего давления для газлифтных скважин Р_зi P_иi P_рi 10,8 + 0,7 11,5 (МПа). Если бы эти скважины были подключены к системе газораспределения питаемой существующей компрессорной станцией с давлением на выходе 11 МПа, то значение оптимального давления составило бы . и тогда оптимальное давление принимают равным минимальному значению, равному 9,8 МПа.

14. Определяют оптимальные значения пускового давления для газлифтных скважин (11,5 + 0,3 + 0,6 12,4 МПа).

15. Определяют оптимальные значения буферного давления для газлифтных скважин (в примере не определяется, а задается фактическое 1,5 МПа).

16. Определяют оптимальные значения давления на выходе и входе для источников подачи газа (на входе задается минимальным пластовым давлением для данной газовой скважины, а на выходе (с точки зрения максимизации расхода газа) минимально возможное давление (давление на входе плюс перепад давления на подъем и транспортировку газа), в нашем примере минимальное давление на устье газовой скважины равно 11 МПа.

17. Группируют по полученным значениям оптимальных давлений существующие и подбирают новые технологические объекты газлифтного комплекса (в нашем примере группируются 4 газлифтные скважины и одна газовая скважина). Если на этом кусте переводить на газлифт другие малодебитные скважины с меньшими значениями оптимальных забойных и пусковых давлений, то их целесообразно сгруппировать с источниками газа с меньшими значениями оптимального давления на выходе.

18. Выбирают для каждой выделенной группы оптимальные значения давлений в системе (с точки зрения максимизации добычи нефти с выделенной группы скважин) с учетом существующих ограничений (фиг.3). Из иллюстраций видно, что наибольшая суммарная добыча нефти (446 т в сутки) достигается при значении давления в системе газораспределения 11,3 МПа (устьевое давление на газовой скважине 11,8 МПа), поэтому именно это давление является оптимальным. Причем оптимальное давление для группы из рассматриваемых 4 газлифтных скважин составило 11,3 МПа, в то время как для отдельных скважин оно было равно 12,4 МПа. Оптимальный вариант для группы скважин позволяет увеличить суммарную добычу по сравнению с оптимальным вариантом для отдельных скважин более чем на 30 т в сутки (фиг.3).

19. Изменяют режимы газлифтных скважин и источников подачи газа таким образом, чтобы приблизить фактические параметры технологических объектов газлифтного комплекса к оптимальным значениям этих параметров.

20. Регистрируют изменения давлений в системе, стабилизируют и уточняют параметры технологических объектов, повторяют эту процедуру до оптимизации работы газлифтного комплекса.