Применение газовых эжекторов для интенсификации добычи продукции низконапорной скважины за счет энергии высоконапорной скважины того же куста газовых скважин.
По мере снижения ресурсно-энергетического потенциала месторождения проектная схема кустового расположения добывающих скважин со сбором продукции в общий коллектор перестала обеспечивать необходимые условия для устойчивой эксплуатации газосборных сетей и скважин. Частые остановки скважин из-за накопления жидкости на забое вызывали необходимость систематических продувок с загрязнением атмосферы продуктами горения. С целью сокращения выбросов в атмосферу и рационального использования пластовой энергии часть низконапорных газоконденсатных скважин может быть создана двухнапорная система сбора.
Работы по интенсификации притока к забою низкодебитных скважин, не всегда успешны. Значительная часть простаивающих скважин, это низкодебитные скважины, по которым уже были проведены работы по интенсификации притока, водоизоляции и т. п., которые по-прежнему не способны работать в общий газосборный коллектор и простаивают в ожидании принятия технического решения. Одним из этапов расширения сферы применения газовых эжекторов — изготовление газового эжектора для монтажа в обвязке скважины с целью интенсификации добычи продукции низконапорной скважины за счет энергии высоконапорной скважины того же куста газовых скважин. Принципиальная схема обвязки куста газовой скважины с использованием эжекторной линии приведена на рис. 1.
Актуальность применения устьевых эжекторов вызвана следующими причинами. В связи с тем, что с вступлением газоконденсатного месторождения в период падающей добычи обостряются проблемы, связанные с накоплением жидкости на забоях эксплуатационных скважин. Снижение дебитов скважин по мере падения пластового давления, увеличение поступления воды с газом ведут к тому, что скорость газа у башмака НКТ падает ниже значения, при котором обеспечивается вынос жидкости (газового конденсата и пластовой воды) с забоя и вызывает тем самым так называемое самоглушение скважины 2. Кустовая схема размещения скважин еще более обостряет эту проблему. Во-первых, в этом случае существенно затруднен дистанционный контроль за параметрами работы отдельных скважин куста, подключенных к общему газосборному коллектору. Во-вторых, при кустовом размещении скважин, дебит каждой скважины куста определяется, при этом, из-за различия в добычных возможностях скважин одного куста и различий в составе добываемой продукции (наличие – отсутствие пластовой воды) отдельные скважины куста, зачастую, уже не способны работать в общий ГСК при существующем в нем давлении. Так называемые низко дебитные скважины периодически скапливают жидкости (газовый конденсат и пластовая вода) на забое и гидратных пробок в НКТ. Пуск в работу остановившейся скважины связан со значительными трудозатратами, привлечением спецтехники. Отработка скважины на факел куста для вывода на режим сопровождается определенным загрязнением окружающей среды. По схеме установки эжектора – было предложено монтировать эжектор в обвязке высоконапорной скважины на месте существующего тройника подключения факельной линии куста. Такое размещение эжектора позволило отказаться от проведения каких-либо дополнительных переобвязок трубопроводов куста газовых скважин и тем самым существенно уменьшить затраты на внедрение. Схема эжектирования пускается в работу простым переключением низконапорной скважины в факельный коллектор и открытием факельной задвижки в обвязке высоконапорной скважины.
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ СБОРА СКВАЖИННОЙ ПРОДУКЦИИ ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЖЕКЦИИ
При добыче природного газа реализуются технологические процессы, приводящие к высвобождению большого количества газа с низким давлением. На практике такой газ сжигается в факелах открытым способом из-за невозможности его промышленного использования, что приводит не только к безвозвратной потере ценного сырья, но и к экологическому загрязнению обширных зон.
Многие месторождения находятся в режиме падающей добычи. Это значит, что наметилась устойчивая тенденция к снижению пластового давления, дебита эксплуатационных скважин, увеличению обводненности призабойной зоны скважин и скважинной продукции.
Для эффективного использования всех низконапорных скважин газовых и газоконденсатных месторождений целесообразно подключать их в общий коллектор при помощи эжекторной установки, в которой давление газа из низконапорной скважины повышается за счет энергии части газового потока из высоконапорных скважин. Это позволяет:
- повысить давление газа в коллекторе;
- уменьшить мощность транспортных газокомпрессорных станций;
- увеличить дебит природного газа из низконапорных скважин;
- отказаться от сжигания природного газа из низконапорных малорасходных скважин;
- подключить в сеть низконапорные источники газа;
- отказаться от эксплуатации винтовых и поршневых компрессоров;
- значительно сократить капитальные и эксплуатационные затраты;
- улучшить экологию проводимых работ.
Технология эжекции заключается в применении газового эжектора, в котором происходит передача кинетической энергии от одной среды, движущейся с большой скоростью, к другой. Эжектор, работая по закону Бернулли, создаёт в сужающемся сечении пониженное давление одной среды, что вызывает подсос в поток другой среды. Транспорт газа осуществляется следующим образом. Добываемый природный газ от всех источников сбрасывается в общий коллектор, а затем через дожимную газокомпрессорную станцию — в общую магистраль. При этом давление в коллекторе необходимо держать ниже давления газа из самого низконапорного источника. Расход газа из низконапорных скважин при этом невелик из-за малого перепада давления, а энергия давления газа из высоконапорных скважин будет бесполезно тратиться при расширении (дросселировании) его до давления в общей магистрали.
Представленная ниже схема сбора продукции газовых скважин представляет собой куст, который включает три газовые скважины 1, 2, 3, факельное хозяйство куста, линию задавки скважин, а также коммуникации газопроводов, объединяющие вышеперечисленные элементы в единый элемент системы сбора скважинной продукции газоконденсатного месторождения.
В процессе эксплуатации зона дренирования скважины № 1 по эксплуатационному объекту была истощена, обводненность скважины достигла критических параметров и не представляла возможности дальнейшей разработки.
С течением времени и эксплуатации куста фактически одновременная работа трех скважин стала невозможной, так как давление в шлейфе превысило не только рабочее буферное, но и статическое давление скважин № 2, 3.
Наиболее эффективным способом понижения давления на устьях скважин № 2, 3 является использование избыточного давления высоконапорной скважины № 1 применением эжекции.
При установке на куст газовых скважин газоконденсатного месторождения установки эжекции газа с расчетными параметрами, возможно обеспечить как одновременную работу всех трех скважин куста, так и транспорт продукции скважин в коллектор установки подготовки газа.
Модернизация системы сбора скважинной продукции на газоконденсатном месторождении дает положительный результат. Дополнительная добыча газа будет получена в результате снижения давления на буфере газодобывающих скважин, разрабатывающих эксплуатационные объекты с более низкими пластовыми давлениями.
Установка эжекторов на куст скважин является экономически привлекательным проектом.
Применение эжекторной технологии в системе сбора продукции скважин
Большинство разрабатываемых в настоящее время месторождений находится на поздней стадии разработки, и неизбежное снижение пластового давления приводит к увеличению затрат на добычу углеводородного сырья. В то же время основой эффективной работы любого предприятия является снижение себестоимости продукции. Для большинства нововведений необходимы высокие финансовые затраты, что часто затрудняет их реализацию.
Одним из решений, эффективных с точки зрения минимизации капитальных вложений, является применение эжекторных технологий, использующих энергию пласта. Физическая основа данных технологий заключается в передаче кинетической энергии от движущейся с большой скоростью среды к другой среде с ее последующим уносом. Данные технологии применяются для решения широкого круга задач, в частности:
- создание депрессии на пласт с целью вызова притока к забою скважины;
- совместное с ЭЦН использование для уменьшения скопления свободного газа в затрубном пространстве;
- увеличение отбора углеводородов при газлифтном способе эксплуатации скважин;
- эксплуатация скважины с устьевым давлением более низким, чем давление в коллекторе, за счет скважины-донора;
- возвращение нефтяного газа на повторную сепарацию за счет энергии газа высокого давления;
- добавление реагентов, эмульгаторов, ингибиторов без применения насосов;
- откачка воды из заглубленных емкостей, колодцев, приямков, приустьевых воронок скважин, кранов МПК при помощи газоводяных или пароводяных эжекторов и др.;
- снижение устьевого давления при оборудовании устья каждой скважины эжекторной установкой.
Применение эжекционных течений жидкостей и газов позволяет интенсифицировать процессы сжатия газов, вакуумирования и охлаждения, теплообмена, массообмена, очистки газов от механических примесей и капельной жидкости, смешения и эмульгирования. Аппараты, в которых осуществляются указанные процессы, просты по конструкции и в изготовлении, хорошо совместимы с другим технологическим оборудованием, достаточно экономичны.
Применение эжекторных установок
Применение эжектора на устье дает возможность эксплуатации скважин с более низкими устьевыми давлениями, чем давление на входе в установку комплексной подготовки газа. Устьевые давления скважин, работающих в общий коллектор, значительно различаются из-за многопластовости эксплуатируемых объектов. Давление в коллекторе определяется минимальным устьевым давлением в скважине, поэтому при дальнейшем снижении пластового давления осложняется сбор продукции скважин с низким устьевым давлением. Повышение устьевого давления обычно осуществляется компрессорами. Для строительства и оборудования компрессорных станций необходимы большие капитальные вложения и в последующем высокие эксплуатационные затраты, что в большинстве случаев приводит к нерентабельности их строительства.
Для снижения устьевого давления с использованием эжектора газ из низконапорной скважины дожимается с помощью эжектора высоконапорным газом из скважины-донора. Высоконапорный (эжектирующий) газ с полным давлением поступает из сопла в смесительную камеру, далее в диффузор. При стационарном режиме работы эжектора во входном сечении смесительной камеры устанавливается статическое давление, которое всегда ниже полного давления низконапорного (эжектируемого) газа. Под действием разности давлений низконапорный газ устремляется в эжектор. В камеру смешения высоконапорный и низконапорный газы входят в виде двух раздельных потоков, которые могут различаться по химическому составу, скорости, температуре и давлению. Смешение потоков означает выравнивание параметров газов по всему сечению камеры.
Реализация проекта только по одной скважине позволит дополнительно добывать до 20-30 млн. м3/год газа и до 2-2,5 тыс. т/год конденсата.
Заключение
Внедрение предлагаемой электронной технологии позволит наиболее полно использовать находящееся в недрах углеводородное сырье и повысить эффективность воздействия на продуктивный пласт по сравнению с применяемыми технологиями. Благодаря предлагаемому подходу в разработку вовлекаются запасы, которые ранее считались нерентабельными.
Результаты работы могут быть использованы при разработке не только месторождений природных газов, в том числе с большим содержанием конденсата, вступающих или вступивших в период падающей добычи, но и нефтяных месторождений с газовой шапкой для решения вопроса рационального использования нефтяного газа.
Основные преимущества эжекторных установок: отсутствие движущихся частей; низкие требования к обслуживанию; высокая надежность; простота монтажа, эксплуатации и управления; возможность работы при наличии жидкостных пробок; небольшой период окупаемости при низкой начальной цене; возможность изменения сопла с учетом изменяющихся условий в скважине.
Этот метод является наиболее экономичным, так как не требует затрат на установку и работу насосного оборудования. Экономический эффект (NPV) при эксплуатации эжектора достигается за счет дополнительной добычи газа и нестабильного конденсата из низконапорных скважин вследствие вовлечения в работу ранее простаивающей скважины.
Использование новых подходов позволит более обосновано подбирать эксплуатационные условия и устанавливать оптимальные режимы работы эжекторных установок. С учетом состояния и перспективы применения техники и технологии эксплуатации газовых скважин, а также того, что несколько десятков тысяч малодебитных скважин в России простаивает, решение таких задач приведет к повышению энергетической эффективности эксплуатации газовых скважин