RU2084623C1

RU2084623C1 - Method and device for investigation, optimization and operational control of wells equipped with jet pumps

Info

Publication number: RU2084623C1
Application number: RU93017935A
Authority: RU
Inventors: Юрий Аркадьевич Цепляев
Original assignee: Юрий Аркадьевич Цепляев
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: oil production industry. SUBSTANCE: this relates to lifting oil and other liquids from wells which provided with hydraulic actuation equipment. According to method, hydrodynamic investigations are performed. Input and output rates of working liquid are checked. Optimal operation modes are evaluated and, selected are components of jet pump with definite geometrical dimensions. Bottom-hole pressures are determined by calculation at operation of jet pump at transient mode. Working liquid flow rate and well output values are defined. Optimal operation mode is assessed according to maximal values of efficiency at required productivity, recalculation of jet pump component dimensions, replacement of components and final control of buttonhole pressure, working liquid flow rate and well output. For this purpose flow switch is installed between well, gravitational separator and collection system. Gravitational separator mass sensor registers changing of mass in time for preset value within limits of permissible change of liquid level in separator and acts upon flow switch for ensuring periodic evaluation of working liquid flow rate and productive output of jet pump. EFFECT: high efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к гидроприводным установкам, использующим гидравлический канал передачи энергии на забой к струйному или иному гидроприводному насосу. The invention relates to the oil industry, in particular to hydraulic installations using a hydraulic channel for transferring energy to the face to a jet or other hydraulic pump.

Гидроприводные установки для добычи нефти известны. Это, как правило, насосные наземные установки с узлом подготовки рабочей жидкости, распределительной гребенкой и скважинным гидроприводным насосом. В последние годы распространение получают струйные насосы. Также установки описаны в справочниках и каталогах. Hydraulic drive units for oil production are known. These are, as a rule, ground-based pumping units with a working fluid preparation unit, a distribution comb and a hydraulic borehole pump. In recent years, jet pumps have become widespread. Also, the settings are described in directories and catalogs.

В этих установках обеспечивается контроль за расходом и регулированием рабочей жидкости, но нет упоминаний о контроле полезной производительности, тем более уточненного. Очевидно предполагается использование традиционных замерных установок типа "Спутник". In these installations, control over the flow and regulation of the working fluid is provided, but there is no mention of the control of useful productivity, especially refined. Obviously, the use of traditional metering devices such as "Satellite" is supposed.

При низкой их точности оценка дебита еще более снижается, так как дебит лишь часть измеряемой величины потока смеси добытой и рабочей жидкости. With their low accuracy, the estimate of the flow rate is even more reduced, since the flow rate is only part of the measured flow rate of the mixture of produced and working fluid.

Это приводит к работе в невыгодных режимах как для лучшей нефтеотдачи, так и энергозатрат на единицу произведенной работы. This leads to work in unfavorable modes for both better oil recovery and energy consumption per unit of work performed.

Частично улучшить положение можно увеличивая объем гидродинамических исследований скважин, а следовательно, трудозатрат, простоев. Partially improve the situation by increasing the volume of hydrodynamic studies of wells, and consequently, labor costs, downtime.

В эксплуатации нефтяных скважин также исследования имеют важное значение, одним из результатов которых является построение индикаторной кривой, характеризующий продуктивность скважины, изменение которого требует регулярного повторения исследований. In the operation of oil wells, research is also important, one of the results of which is the construction of an indicator curve characterizing the productivity of the well, the change of which requires regular repetition of research.

Эти работы трудоемки, поэтому доля исследованных скважин остается низкой. These works are laborious, therefore, the proportion of wells studied remains low.

Это ведет к ошибкам в подборе оборудования, работе его с низким КПД и режимом не обеспечивающим лучшей нефтеотдачи. This leads to errors in the selection of equipment, its operation with low efficiency and a mode that does not provide the best oil recovery.

В большей или меньшей степени это относится ко всем способам добычи, но особое значение имеет при эксплуатации струйными насосами, так как энергозатраты прямо связаны с выбором правильных геометрических размеров проточных деталей. To a greater or lesser extent, this applies to all production methods, but it is of particular importance when operating with jet pumps, since energy consumption is directly related to the selection of the correct geometric dimensions of flowing parts.

Ближайшим аналогом следует считать Журнал "Нефть, газ и нефтехимия за рубежом", N 1, 1991, с. 23, в котором раскрыт "Способ исследования, оптимизации и контроля эксплуатации скважин, оборудованных струйными насосами и установка для его осуществления". Способ включает проведение гидродинамических исследований с контролированием дебита скважины и расхода рабочей жидкости, построение индикаторной кривой, оценку оптимальности режима работы и выбор элементов струйного насоса для обеспечения оптимального режима работы. The closest analogue should be considered the journal "Oil, gas and petrochemicals abroad", N 1, 1991, p. 23, which discloses "A method of research, optimization and control of the operation of wells equipped with jet pumps and installation for its implementation." The method includes conducting hydrodynamic studies with monitoring the flow rate of the well and the flow rate of the working fluid, constructing an indicator curve, assessing the optimality of the operating mode and selecting elements of the jet pump to ensure the optimal operating mode.

Установка для осуществления способа включает наземную силовую насосную станцию с гравитационным сепаратором, систему контроля и управления и систему сбора. Installation for implementing the method includes a ground-based power pump station with a gravitational separator, a monitoring and control system and a collection system.

Известные способ и установка предполагают длительный и непрерывный контроль параметров, связаны с частыми отказами и авариями. The known method and installation involve a long and continuous monitoring of parameters associated with frequent failures and accidents.

Заявляемое изобретение направлено на улучшение показателей извлечения нефти, обеспечения повышения точности контроля, решения проблем оптимизации при сокращении трудозатрат и простоев скважин, контроля за состоянием продуктивности скважин, упрощения конструкции за счет исключения из схемы специализированных групповых установок, замера дебита. The invention is aimed at improving the performance of oil recovery, improving control accuracy, solving optimization problems while reducing labor costs and downtime of wells, monitoring the state of well productivity, simplifying the design by eliminating specialized group units from the scheme, and measuring flow rates.

Решение поставленной задачи достигается тем, что исследование эксплуатируемых скважин проводят с помощью предварительно подобранного струйного насоса, повышенной точности оценки дебита и расхода рабочей жидкости, расчетной оценки забойного давления, построения индикаторной кривой, пересчета геометрических размеров элементов струйного насоса, их замены для достижения требуемых забойных давлений и дебита при минимальных энергозатратах. Предлагается так же установка, позволяющая реализовать оптимальную эксплуатацию струйных насосов. The solution to this problem is achieved by the fact that exploration of well wells is carried out using a pre-selected jet pump, increased accuracy in estimating the flow rate and flow rate of the working fluid, a calculated estimate of the bottomhole pressure, building an indicator curve, recalculating the geometric dimensions of the elements of the jet pump, and replacing them to achieve the required bottomhole pressure and flow rates with minimal energy consumption. It also offers an installation that allows for optimal operation of jet pumps.

В известной установке, содержащей скважинный струйный насос, узел подготовки рабочей жидкости с гравитационным сепаратором, силовой наземный насос и систему контроля и управления, согласно изобретению гравитационный сепаратор снабжен датчиком массы и управляемым им переключателем потока, направляющем поток смеси поступающей из скважины в сепаратор или в систему сбора нефти. Датчик массы фиксирует изменение массы сепаратора на заданную величину и время изменения массы сепаратора в пределах допустимого изменения уровня в нем. In a known installation comprising a downhole jet pump, a unit for preparing a working fluid with a gravity separator, a power ground pump and a monitoring and control system, according to the invention, the gravity separator is equipped with a mass sensor and a flow switch controlled by it, directing the flow of the mixture from the well to the separator or to the system oil collection. The mass sensor detects the change in the mass of the separator by a given value and the time of the change in the mass of the separator within the permissible level change in it.

Уменьшение массы сепаратора при направлении потока в систему сбора обеспечивается за счет расхода рабочей жидкости, который определяется

а увеличение массы при направлении потока в сепаратор происходит за счет полезной производительности скважинного струйного насоса, притока жидкости из продуктивного пласта

где ΔG изменение массы, T₁ и T₂ - время уменьшения и увеличения массы, а G₁ и G₂ расход рабочей жидкости и производительность (дебит) скважинного струйного насоса соответственно.The decrease in the mass of the separator when the flow is directed to the collection system is ensured by the flow rate of the working fluid, which is determined

and the increase in mass when the flow direction to the separator is due to the useful productivity of the downhole jet pump, the flow of fluid from the reservoir

where ΔG is the change in mass, T ₁ and T ₂ are the times of decrease and increase in mass, and G ₁ and G _{2 are the} flow rate of the working fluid and the productivity (flow rate) of the borehole jet pump, respectively.

Точность оценки расходов определяется точностью ΔG T₁ и T₂ и может достигать любой заданной величины и не зависит от качества сепарации нефти от газа основного источника погрешности. Содержание воды и газа может оцениваться взятием проб или с помощью соответствующих датчиков.The accuracy of the cost estimate is determined by the accuracy of ΔG T ₁ and T ₂ and can reach any given value and does not depend on the quality of oil separation from gas of the main source of error. The water and gas contents can be estimated by sampling or using appropriate sensors.

Изменением расхода и соответственно давления рабочей жидкости обеспечивается изменение дебита. Для каждого режима может быть определено расчетом вручную или с помощью микропроцессорной техники забойное давление, а следовательно, построена индикаторная кривая. By changing the flow rate and, accordingly, the pressure of the working fluid, a change in the flow rate is provided. For each mode, bottomhole pressure can be determined manually or using microprocessor technology, and therefore, an indicator curve is constructed.

Если струйный насос при необходимой производительности работает с низким КПД, производится пересчет и замена требуемых для оптимального режима размеров насадка и камеры смешения, и повторным контролем убеждаются в достижении требуемых параметров и минимальных энергозатрат. If the jet pump, at the required performance, works with low efficiency, the nozzle and mixing chamber sizes required for the optimum mode are recounted and replaced, and repeated control ensures that the required parameters and minimum energy consumption are achieved.

Глубина исследований может быть расширена: имеется возможность аналитически оценивая давление на выкиде струйного насоса, определить газосодержание в лифте и газовый фактор, пластовое давление и т.д. The depth of research can be expanded: it is possible to analytically evaluate the pressure on the jet of the jet pump, to determine the gas content in the elevator and the gas factor, reservoir pressure, etc.

Конструкция установки поясняется чертежом. The design of the installation is illustrated in the drawing.

Сепаратор 1, оснащен регулятором уровня сливного типа 2, вводным патрубком 3 и насадком 4. Сепаратор оснащен датчиком массы 5, управляющим через блок системы контроля 6 переключателем 7. Насадок 4 обеспечивает подачу отстоянной жидкости на прием силового насоса 8, подающего рабочую жидкость под давлением к сважинному струйному насосу 9. Смесь добытой и рабочей жидкости возвращается из скважины к переключателю 7, направляющего поток в сепаратор или в систему сбора, обеспечивая изменение массы сепаратора на заданную величину ΔG, фиксируя время изменения T₁ и T₂ в блоке системы контроля 6.The separator 1 is equipped with a drain type level regulator 2, an inlet pipe 3 and a nozzle 4. The separator is equipped with a mass sensor 5, which controls the switch 7 through the control unit 6. to the well jet pump 9. The mixture of produced and working fluid is returned from the well to switch 7, directing the flow to the separator or to the collection system, providing a change in the mass of the separator by a predetermined value ΔG, fixing the time and Menenius T ₁ and T ₂ in the control unit 6.

Изобретение реализуется следующим образом. The invention is implemented as follows.

Вначале по предварительным и неточным данным рассчитывается струйный насос и выбираются геометрические размеры насадка и камеры смешения с некоторым запасом по производительности и устанавливает в скважину. Затем установка запускается в работу, начиная с наименьших расходов рабочей жидкости. После стабилизации режима расчетом оценивается забойное давление и принимается решение об увеличении расхода рабочей жидкости и возможности снижения забойного давления и увеличении дебита. Увеличение дебита под контролем забойного давления позволяет построить индикаторную кривую и принять требуемый режим работы скважин. Оптимальность работы струйного насоса оценивается по соотношению скоростей на входе в камеру смешения на выбранном режиме, определяющем КПД струйного насоса. First, according to preliminary and inaccurate data, the jet pump is calculated and the geometric dimensions of the nozzle and mixing chamber with a certain margin in productivity are selected and installed in the well. Then the installation starts up, starting with the lowest flow rate of the working fluid. After stabilization of the mode, the bottomhole pressure is calculated and a decision is made to increase the flow rate of the working fluid and the possibility of decreasing the bottomhole pressure and increasing the flow rate. The increase in flow rate under the control of bottomhole pressure allows you to build an indicator curve and accept the required mode of operation of the wells. The optimality of the jet pump is estimated by the ratio of the velocities at the entrance to the mixing chamber in the selected mode, which determines the efficiency of the jet pump.

Если КПД не достигает расчетной величины, производится расчет по данным индикаторной кривой новых значений размеров насадка и камеры смешения, производится замена их и повторным испытанием убеждаются в достижении требуемой производительности при высоком КПД и оставляют в работе. Если предполагается эксплуатация скважины иными средствами, то для расчета используется индикаторная кривая. If the efficiency does not reach the calculated value, the new values of the nozzle and mixing chamber dimensions are calculated according to the indicator curve, they are replaced and, after repeated testing, they are convinced of achieving the required performance at high efficiency and are left in operation. If the well is supposed to be operated by other means, then an indicator curve is used for the calculation.

После установления режима до следующего контроля скважины переключатель 7 направляет поток в сепаратор, а уровень жидкости в нем поддерживается регулятором уровня сливного типа 2. При этом обеспечивается сброс в систему сбора с нижнего уровня, наиболее загрязненной и обводненной жидкости, способствуя зачистке сепаратора. After the regime is established until the next well control, switch 7 directs the flow to the separator, and the liquid level in it is maintained by the drain type level regulator 2. At the same time, the most contaminated and waterlogged liquid is discharged into the collection system from the lower level, helping to clean the separator.

Использование такой установки, обеспечивающей оценку дебита, делает излишними групповые замерные установки, например типа "Спутник", с их низкой точностью, металлоемкостью. The use of such a setup, which provides an estimate of the flow rate, makes redundant group metering installations, for example, of the "Sputnik" type, with their low accuracy and metal consumption.

Основное достоинство: простая технология достижения требуемых технологических параметров работы скважины при минимальных энергозатратах, при простоте конструкции и минимальных трудозатратах. The main advantage: a simple technology to achieve the required technological parameters of the well with minimal energy consumption, with simplicity of design and minimal labor.

Claims

1. The method of research, optimization and control of the operation of wells equipped with jet pumps, including hydrodynamic studies with control of the flow rate of the well and the flow rate of the working fluid, the construction of an indicator curve, the assessment of the optimal operating mode and the choice of elements of the jet pump to ensure the optimal operating mode, characterized in that during hydrodynamic studies, bottomhole pressures are determined by calculation, taking into account the geometric dimensions of the elements, th jet pump operating in a variable mode of operation according to the specified values of the flow rate of the working fluid and the flow rate of the well, and the optimality of the regime is assessed by the degree of achievement of the highest efficiency at the required performance, recalculation of the dimensions of the elements of the jet pump, their replacement and final control of the bottomhole pressure, flow rate of the working fluid and well flow rate.

2. Installation for research, optimization and control of the operation of wells equipped with jet pumps, including a ground-based power pump station with a gravity separator, a monitoring and control system and a collection system, characterized in that it is equipped with a flow switch between the well, gravity separator, collection system and the mass sensor of the gravitational separator, while the latter is configured to detect a change in the mass of the gravitational separator in time by a predetermined value within d a permissible change in the liquid level in the gravity separator and is connected through a monitoring and control system to a flow switch to provide a periodic assessment of the flow of working fluid and the performance of the jet pump by switching the fluid flow from the well to the gravity separator or to the collection system.