Моделирование устьевой насосной установки для поддержания пластового давления (УНУ ППД) в Petroleum Experts

Аннотация. В статье приводится описание технологии УНУ ППД и возможность ее моделирование в программном комплексе Petroleum Experts инструмент GAP.

Ключевые слова: Petroleum Experts, GAP, ППД, модель, скважина.

Устьевая насосная установка (УНУ) предназначена для нагнетания воды в пласт, с целью поддержания пластового давления на месторождениях нефтегазодобывающей отрасли.

Основной целью данной статьи является демонстрация возможности моделирования данной технологии в программном комплексе Petroleum Experts.

Данная технология применяется на скважинах:

• Работающих в режиме ОРЗ;
• При аварийном состоянии ВВД;
• С большим гидравлическим сопротивлением трубопроводов;
• При отсутствии инфраструктуры для организации закачки, или небольшая группа скважин системы ППД (малые или новые месторождения).

Виды технологий, используемые при закачке воды в пласт

В нефтедобывающей отрасли существует ряд технологий, с помощью которых выполняется закачка воды в пласт. Рассмотрим данные технологии:

1. УЭЦН в скважине с нижним расположением насоса («перевертыш»)

Рисунок 1. Конструкция скважины с УЭЦН для нагнетания воды в пласт

Через расходомер по приемной линии вода поступает в устьевую арматуру, к которой присоединен насос. Контроль давления производится манометром. Электродвигатель располагается в скважине и вращает вал насоса. Насос создает давление воды, необходимое для закачки. Жидкость с выкида насоса через колонну труб поступает в пласт.

Преимущество данной технологии заключается в обеспечении индивидуальных параметров закачки. Недостаток технологии – это вероятность отказа по причине электрохимической коррозии оборудования (ПЭД, кабель).

2. УЭЦН в шурфе

Рисунок 2. Конструкция скважины с УЭЦН в шурфе для нагнетания воды в пласт

Жидкость из пласта поступает на приемную сетку насоса, за счет вращения вала насоса электродвигателем. Насосом создается необходимый напор для подъема жидкости на устье скважины. Далее, через расходомер по приемной линии, вода поступает в устьевую арматуру нагнетательной скважины. Контроль давления осуществляется с помощью манометра.

Преимущество данной технологии заключается в обеспечении требуемых параметров закачки. Недостаток данной технологии – это вероятность отказа по причине электрохимической коррозии оборудования (ПЭД, кабель), наличие риска попадания жидкости закачки в водоносные горизонты пресной воды при не герметичности обсадной трубы шурфа, неработоспособность оборудования при наличии свободного газа в закачиваемом агенте.

3. УНУ ППД

1 – Электродвигатель, 2 – Подставка, 3 – Магнитная муфта, 4 – Электроконтактный манометр, 5 – Показывающий манометр, 6 – Установка расходомера, 7 – Корпус, 8 – Подвесной фланец, 9 – Колонный фланец, 10 – Труба ОТТМ (кожух), 11 – ЭЦН, 12 – Клапан ШОК, 13 – Колонна НКТ, 14 – Пакер, 15 – Станция управления, 16 – Теплоизоляция

Рисунок 3. Конструкция устьевой насосной установки ППД

Управление частотой устьевого асинхронного электродвигателя осуществляется при помощи станции управления «Электон-05». Функционал станции управления позволяет регулировать частоту, задавая  ее циклические изменения с необходимой периодикой. При изменении частоты осуществляется циклическое изменение напорной характеристики ЭЦН и, как следствие, циклические изменения параметров закачки.

Через расходомер вода поступает по приемной линии в полость устьевой арматуры, к которой присоединен насос. Контроль давления в приемной линии производится электроконтактным манометром. Электродвигатель вращает вал насоса через эластичную муфту и промежуточный шлицевый вал с торцевым уплотнением. Насос создает избыточное давление воды, необходимое для закачки. Жидкость с выкида насоса через колонну труб поступает в пласт.

Преимущества данной технологии заключаются в снижении вероятности отказа ПЭД (располагается на устье скважины) по причине электрохимической коррозии, в снижении риска попадания жидкости закачки в водоносные горизонты пресной воды при не герметичности обсадной трубы за счет применения герметичного кожуха, в котором размещается УЭЦН (при расположении УНУ в «сухом шурфе»), а также в возможности проведения ГДИС (снятие термограммы по лифту, контроль профиля приемистости, давления, расхода). Недостаток – это вероятность отказа муфты.

Для сопоставления рассмотренных технологий проведем сравнение по энергоэффективности технологии УЭЦН в шурфе и УНУ ППД (таблица 1).

Таблица 1.

Энергоэффективность применения УНУ ППД по сравнению с УЭЦН в шурфе (на примере ЭД 75 кВт)

В результате, при использовании технологии УНУ ППД на примере ЭД 75 кВт, суточное потребление электроэнергии составит 1898 кВт, при сравнении с 2171 кВт, полученных при использовании технологии УЭЦН в шурфе.

Моделирование технологии УНУ ППД в программном комплексе Petroleum Experts инструмент GAP

Дальше в статье речь пойдет о программном комплексе Petroleum Experts инструмент GAP, поэтому необходимо дать этим терминам четкое и понятное определение.

Petroleum Experts – это серия программ интегрированного моделирования разработки (Integrated Production Modelling, IPM), которая позволяет моделировать полную систему добычи от продуктивного пласта до систем поверхностного обустройства.

Инструмент GAP – это  программа, предназначенная для оптимизации нефте- и газосборных сетей, которая позволяет объединить PROSPER (модель скважины) и MBAL (модель пласта) для создания полной модели месторождения. GAP позволяет моделировать системы добычи для нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, а также системы нагнетания газа и воды.

При моделировании конкретной ситуации, необходимо адаптировать процессы, происходящие в пласте и настроить модель скважины на текущие параметры, после чего произвести объединение моделей-компонент в общем системе сбора.

Другими словами, для моделирования скважины с УНУ ППД, сначала необходимо учесть добычу нефти и закачку в пласте, а уже после задавать тип скважины (водонагнетательная) и отстраивать ее элементы (рисунок 4).

1 – нагнетательная скважина, 2 – манометр, 3 – штуцер, 4 – насос, 5 – трубопровод, 6 – точка системы, 7 – эксплуатационные объекты

Рисунок 4. Моделирование УНУ ППД в Petroleum Experts инструмент GAP

После построения элементов системы, необходимо задать буферное давление на манометре (2), напорно-расходные характеристики насоса (4) и скорость вращения электродвигателя. После этого изменяем давление в штуцере.

В результате получаем настроенную скважину на приемистость и забойное давление в сборе с устьевой насосной установкой. Это позволит нам выполнить несколько расчетов в модели.

Таким образом, при использовании кондиционных исходных данных в модели скважины и системе сбора, возможно выполнить оптимизацию системы закачки на нефтедобывающем промысле.