способ утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды и система для его реализации

Формула изобретения

1. Способ утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды, заключающийся в том, что продукцию скважины направляют на сепаратор, в котором ее разделяют на малообводненную нефть с остаточным газом, воду и газ, затем воду и газ в смеси направляют на прием, по меньшей мере, одного насоса-компрессора и закачивают водогазовую смесь в нагнетательную скважину или скважины, при этом перед закачкой водогазовой смеси в нагнетательную скважину или скважины на выходе из насоса-компрессора диспергируют водогазовую смесь с получением мелкодисперсной водогазовой смеси с газосодержанием от 10 до 30 об.% при давлении 15 МПа и выше.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что закачку осуществляют при компримировании водогазовой смеси насосом-компрессором не менее чем в 15 раз.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что закачку осуществляют с помощью двух или более последовательно установленных насосов-компрессоров с повышением давления водогазовой смеси до 27-30 Мпа для закачки мелкодисперсной водогазовой смеси в низкопроницаемые пласты.

5. Система для утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды, содержащая, по меньшей мере, одну добывающую скважину, соединенную с сепаратором, выход сепаратора по нефти с остаточными водой и газом соединен с первым насосом-компрессором, выход или выходы сепаратора по воде и газу соединены со вторым насосом-компрессором, выход которого соединен с диспергатором, соединенным с нагнетательной скважиной или с водораспределительной гребенкой нагнетательных скважин.

6. Система по п.4, отличающаяся тем, что первый и второй насосы-компрессоры представляют собой поршневые насос-компрессоры с приводом от станка-качалки.

7. Система по п.4, отличающаяся тем, что она снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным насосом-компрессором, подсоединенным последовательно с первым насосом-компрессором.

8. Система по п.6, отличающаяся тем, что каждый дополнительный насос-компрессор представляет собой поршневой насос-компрессор с приводом от станка-качалки.

9. Система по п.4, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна добывающая скважина соединена с сепаратором через автоматизированную групповую замерную установку.

10. Система по п.4, отличающаяся тем, что сепаратор представляет собой горизонтальный сепаратор, имеющий большой и малый отсеки, при этом в большом отсеке установлена переливная труба для отбора нефти, большой отсек соединен с малым в нижней части через запорный орган для перепуска воды и в верхней части через каплеотбойное устройство, а в малом отсеке размещен гидрозатвор высотой ниже верхнего уровня переливной трубы для отбора нефти.

11. Система по п.9, отличающаяся тем, что выход сепаратора по воде и газу соединен с регулирующим клапаном, связанным с измерителем уровня нефти в большом отсеке.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к обустройству нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений. Изобретения могут быть использованы при разработке нефтяной залежи с поддержанием пластового давления, а также в системе промыслового сбора добываемой продукции.

Существующая система сбора и транспорта нефти, попутно добываемых пластовой воды и газа /1, 2/ не отвечает современным требованиям защиты окружающей среды, она ресурсозатратна и малоэффективна. На вновь вводимых месторождениях при фонтанном способе эксплуатации, когда продукция скважины безводная или малообводненная, нефтегазовая смесь транспортируется до центрального пункта сбора под собственным давлением без использования сепаратора. По мере снижения пластового давления необходим сепаратор, чтобы выделить в нем часть газа и транспортировать его, а нефть транспортировать дожимным центробежным насосом. В случае отсутствия газопровода попутный нефтяной газ сжигается в факелах непосредственно на промысле.

Более прогрессивным решением является технология /3/, согласно которой вместо одной центральной насосной станции используют несколько малогабаритных пунктов сепарации, число которых соответствует числу кустовых площадок на месторождении.

Из уровня техники известны поршневые многофазные насосы-компрессоры /4/, применяемые в устройствах для закачки газожидкостной смеси в продуктивный пласт, которые совместно с сепараторами, выпускаемыми для нефтехимической промышленности, могут быть использованы для сбора и транспорта водонефтегазовой и водогазовой смеси.

Из уровня техники не известно комплексное решение данной проблемы, позволяющее утилизировать попутно добываемые нефтяной газ и пластовую воду на кусте скважин нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

Задачей изобретения является повышение дебита добывающих скважин и нефтеотдачи пластов, повышение ресурсосбережения и энергоэффективности при обустройстве месторождений, защита окружающей среды.

Техническим результатом, обеспечиваемым решением указанной задачи, является обеспечение утилизации попутного нефтяного газа и пластовой воды, увеличение охвата нефтяного пласта, исключение строительства водоводов в системе поддержания пластового давления, уменьшение активности коррозионных процессов в системе нефтесбора за счет снижения обводненности нефти, сокращение затрат на ремонт, а также предотвращение выбросов нефти в окружающую среду.

Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что согласно способу утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды продукцию скважины направляют на сепаратор, в котором ее разделяют на малообводненную нефть с остаточным газом, воду и газ, затем воду и газ в смеси направляют на прием, по меньшей мере, одного насоса-компрессора и закачивают водогазовую смесь в нагнетательную скважину или скважины.

Перед закачкой водогазовой смеси в нагнетательную скважину или скважины на выходе из насоса-компрессора диспергируют водогазовую смесь с получением мелкодисперсной водогазовой смеси с газосодержанием от 10 до 30 об.% при давлении 15 МПа и выше.

Закачку осуществляют при компремировании водогазовой смеси насосом-компрессором не менее чем в 15 раз.

Закачку осуществляют с помощью двух или более последовательно установленных насосов-компрессоров с повышением давления водогазовой смеси до 27-30 МПа для закачки мелкодисперсной водогазовой смеси в низкопроницаемые пласты.

Кроме того, указанный результат обеспечен за счет создания системы для утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды, содержащей, по меньшей мере, одну добывающую скважину, соединенную с сепаратором, при этом выход сепаратора по нефти с остаточными водой и газом соединен с первым насосом-компрессором, выход или выходы сепаратора по воде и газу соединены со вторым насосом-компрессором, выход которого соединен с диспергатором, соединенным с нагнетательной скважиной или с водораспределительной гребенкой нагнетательных скважин.

Второй насос-компрессор представляет собой поршневой насос-компрессор с приводом от станка-качалки.

Система снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным насосом-компрессором, подсоединенным последовательно с первым насоскомпрессором.

Каждый дополнительный насос-компрессор представляет собой поршневой насос-компрессор с приводом от станка-качалки.

По меньшей мере, одна добывающая скважина соединена с сепаратором через автоматизированную групповую замерную установку.

Сепаратор представляет собой горизонтальный сепаратор, имеющий большой и малый отсеки, при этом в большом отсеке установлена переливная труба для отбора нефти, большой отсек соединен с малым в нижней части через запорный орган для перепуска воды и в верхней части через каплеотбойное устройство, а в малом отсеке размещен гидрозатвор высотой ниже верхнего уровня переливной трубы для отбора нефти.

Выход сепаратора по воде и газу соединен с регулирующим клапаном, связанным с измерителем уровня нефти в большом отсеке.

На фиг.1 приведена принципиальная схема переработки нефтяного газа и пластовой воды предлагаемой системы.

На фиг.2 приведена схема сепарационной установки, используемой в системе.

Система включает куст нефтяных (газовых или газоконденсатных) добывающих скважин 1, соединенных через автоматизированную групповую замерную установку 2 с трехфазным сепаратором 3, регулируемым по отборам пластовой воды и газа, регулирующие клапаны 4, 5, 6, 7, насос-компрессор 8 для перекачки нефти с остаточной водой и газом на центральную насосную станцию и насос-компрессор 9 (при необходимости, по меньшей мере, один дополнительный 10) с приводом от станка-качалки 11 для откачки воды и газа, диспергатор 12 и водораспределительную гребенку 13 (при наличии нескольких нагнетательных скважин 14).

Сепарационная установка предназначена для разделения продукции скважин кустовой площадки на нефть и смесь воды и газа. Установка состоит из горизонтального сепаратора с внутренними устройствами. Сепаратор 3 состоит из большого отсека 15, малого отсека 16 и оборудован перегородкой 17 на входе продукции для гашения динамического напора входящего потока. Запорная арматура 18 с клапаном в нижней части сепаратора 3 предназначена для перетекания воды из большого отсека в малый. В верхней части сепаратора 3 расположено каплеотбойное устройство 19 для прохождения через него газа. Для выхода воды и газа из малого отсека 16 предусмотрен штуцер 20 с запорной арматурой, для вывода нефти на линию нефтесбора - переливная труба 21 с запорной арматурой для отбора нефти. Перегородка 22 в малом отсеке 16 создает гидрозатвор, предотвращающий проскок нефти. Клапан 23 установлен на линии выхода водогазовой смеси и регулирует подачу отобранной из малого отсека 16 воды вместе с газом к двухфазному насосу для закачки в пласт. Клапан 24 установлен на линии нефтесбора. Сепаратор 3 оснащен также измерителем уровня нефти в большом отсеке.

Основной объем аппарата предназначен для отделения газа от жидкости и для разделения водонефтяной эмульсии на отдельные компоненты. Газоводяная смесь поступает в большой отсек 15 аппарата, при этом вода поступает через запорную арматуру 18 внизу аппарата, газ проходит в верхней части аппарата через каплеотбоное устройство 19. Отметка перегородки 22 гидрозатвора устанавливается на 50 мм ниже плоскости отбора нефти в нефтесбор. Выход воды и газа предусматривается из малого отсека 16 аппарата через клапан 23, связанный с измерителем уровня нефти и контролирующий максимальный уровень нефти в большом отсеке.

Работа установки происходит следующим образом.

1 этап - заполнение аппарата.

В начальный момент задвижка на перепуске воды из большого отсека сепаратора в малый отсек 16 закрыта. Клапан 23 на выходе водогазовой смеси - закрыт принудительно, арматура на переливной трубе 21 выхода нефти в нефтесбор - закрыта. Начинается прием продукции в сепаратор 3, при этом в нем начинает подниматься давление. Уровень давления в сепараторе 3 определяется гидравлическим сопротивлением системы нефтесбора.

При заполнении аппарата необходимо выдержать время отстоя воды от нефти в большом отсеке 15 не менее 30 минут, после чего можно открыть задвижку на перепуске воды в малый отсек 16. Выдержка времени необходима для создания границы раздела фаз «вода-нефть» и исключения попадания нефти в малый отсек 16. В процессе заполнения аппарата необходимо добиться перелива нефти через штуцер отбора нефти в линию нефтесбора для заполнения гидрозатвора на трубопроводе. Это заполнение можно выполнить перед включением в работу аппарата в ручном режиме методом заливки водой.

2 этап - нормальная работа.

Продукция скважин поступает в большой отсек 15 сепаратора 3, где происходит ее разделение на газ, нефть и воду. Газ перемещается через ситчатое каплеотбойное устройство 19 в малый отсек 16 аппарата. Вода под давлением столба жидкости в большом отсеке 15 перетекает через открытую задвижку запорной арматуры в малый отсек 16. Из малого отсека 16 вода вместе с газом отбирается на прием двухфазного насоса для закачки в пласт.

При подъеме уровня жидкости в большом отсеке 15 аппарата выше заборного штуцера нефть перетекает через штуцер отбора нефти в трубопровод нефтесбора.

Отбор нефти из большого отсека 15 сепаратора 3 и отбор воды из малого отсека 16 выполнен таким образом, что при наличии открытых выходов уровень нефти и уровень воды стабилизируются на отметках выхода. При этом важно, чтобы водогазовая смесь поступала на прием двухфазного насоса более или менее однородной смесью, чтобы избежать перегрева насоса-компрессора, который может наступить при подаче газа без воды на прием машины. Если линия нефтесбора не справляется с выводом нефти, начинается подъем уровня выше штуцера отбора нефти, что может привести к ее переливу в малый отсек 16. Рост уровня нефти является свидетельством того, что трубопровод нефтесбора не справляется с нагрузкой от сепаратора 3. Рост уровня нефти формирует сигнал клапану 23, который установлен на линии выхода водогазовой смеси, на закрытие. Это приводит к снижению отбора газа и соответствующему повышению давления в сепараторе 3. Повышение давления в сепараторе 3 приводит к увеличению пропускной способности нефтесборного трубопровода. Рост давления в сепараторе 3 будет происходить до тех пор, пока не наступит равновесие между приходом нефти в сепаратор 3 и ее расходом в нефтесборном трубопроводе.

Снижение уровня нефти в большом отсеке 15 аппарата до номинального значения является свидетельством того, что необходимое равновесие достигнуто. При снижении уровня нефти происходит пропорциональное увеличение открытия клапана 23 на выходе водогазовой смеси. Возможно использование других конструкций сепараторов. На выходе из насоса-компрессора 9 перед закачкой водогазовой смеси в нагнетательную скважину 14 может быть установлен газодинамический диспергатор 12 для получения регулируемой мелкодисперсной водогазовой смеси с газосодержанием от 10 до 30 объемных процентов при давлении от 15 МПа и выше с сохранением структуры смеси от устья нагнетательных скважин 14 до фильтрации в поровом пространстве и повышении температуры смеси до 80-90 и более градусов Цельсия.

При необходимости поршневые насосы-компрессоры 9,10 можно устанавливать последовательно один за другим для повышения давления до 27-30 МПа и обеспечения закачки мелкодисперсной водогазовой смеси в низкопроницаемые пласты. Закачку осуществляют при компремировании водогазовой смеси насосом-компрессором 9 (10) не менее чем в 15 раз.

Для повышения приемистости можно использовать различного назначения химические реагенты, поверхностно-активные вещества и кислоты.

Для увеличения производительности системы можно установить расчетное количество дополнительных сепараторов.

Источники информации

1. РД39-0148311-605-86. Унифицированные технологические схемы сбора, транспорта и подготовки нефти, газа и воды нефтедобывающих районов. Миннефтепром, 1986.

2. Нормы технологического проектирования, сбора, транспорта, подготовки нефти, газа и воды. ВНТПЗ-85. Миннефтепром, 1985.

3. СИТЕНКОВ В.Т. и др. Оптимизация системы обустройства нефтяного месторождения, журнал "Нефтегазовые технологии", №2, 2002.

4. RU 2257491 С2, МПК F04B 47/00, 27.07.2005.