Разработка технологии утилизации попутного газа в нефтепромысловом сборе с использованием струйного аппарата

В системе сбора и подготовки нефти на крупных и средних месторождениях применяются дожимные насосные станции (ДНС). Продукция скважин, относящихся к ДНС, поступает на станцию за счет давления на устье скважин. На ДНС производится отделение выделившегося газа и, часто, предварительный сброс воды. Частично обезвоженная нефть направляется насосами на пункт подготовки нефти (ППН), вода — на ближайшую кустовую насосную станцию, а свободный газ за счет собственного давления транспортируется на газо-бензиновый завод для дальнейшей утилизации.

Иногда выделившийся на ДНС газ сжигается на факельной линии. Это происходит тогда, когда газа мало и строить газопровод неэкономично, или когда давления в буллите ДНС недостаточно для транспорта газа на ППН. С экологической точки зрения сжигание газа на факеле нежелательно. Ситуация еще более осложняется, когда по какой-то причине горение факела неустойчиво и пламя часто гаснет под порывами ветра. В этом случае возникает необходимость совместного транспорта нефти и газа на ППН.

В диссертации предлагается использовать для этого жидкостно-газовый эжектор. Рабочим агентом является частично обезвоженная нефть, транспортируемая с ДНС насосами, которыми создается рабочее давление. Газ подается в приемную камеру под давлением в сепараторе. Давление на выходе из диффузора должно обеспечить транспорт смеси до ППН.

Ряд исследователей утверждают, что более эффективными при откачке газа жидкостью являются многоствольные сопла [26]. Улучшение работы струйного аппарата при использовании многоствольного сопла объясняется тем, что величина общей поверхности контакта инжектируемого потока с рабочим больше, чем при использовании одноствольного сопла при одинаковом расходе рабочего агента. За счет увеличения площади контакта рабочей струи с пассивным потоком энергообмен между ними существенно улучшается, что приводит к увеличению КПД эжектора. В работе [60] отмечается, что эффект улучшения всасывания многоствольным соплом достигается при больших давлениях рабочего потока (при /?р>0,4 МПа).

В последние годы все более широкое применение в нефтедобыче находят погружные насосно-эжекторные системы, состоящие из центробежного насоса, газосепаратора и струйного аппарата (СА). Инжектируемой средой СА в скважине является газожидкостная смесь, газосодержание которой в различных скважинах может изменяться в широких пределах.

Целью диссертационной работы является разработка технологии откачки попутного газа с дожимных насосных станций на ППН, применяя струйные аппараты, и экспериментальное обоснование возможности использования многоствольного сопла в погружных насосно-эжекторных системах.

Основными задачами исследований являются:

1. Анализ методик расчета СА, используемых в нефтедобывающей промышленности, при различных комбинациях агрегатного состояния взаимодействующих сред.

2. Исследование работы СА с многоствольным соплом при откачке газожидкостной смеси с различным газосодержанием.

3. Разработка технологии утилизации попутного газа в нефтепромысловом сборе с использованием С А.

Решение поставленных задач производилось в соответствии с общепринятой методикой выполнения научных исследований, включающей обобщение и анализ предшествующих исследований, разработку рабочих гипотез и концепций, аналитические, лабораторные и промысловые исследования, разработку технологических процессов и методического их обеспечения.

Научная новизна.

1. Впервые экспериментально исследованы характеристики СА с многоствольным соплом при откачке струей жидкости газожидкостной смеси с газосодержанием от 0 до 100%.

2. Установлено, что многоствольные сопла при откачке жидкостью газа эффективнее одноствольных при низких коэффициентах инжекции в высоконапорной области. При коэффициентах инжекции, превышающих 1,2, более эффективны одноствольные сопла.

3. Выполнены промысловые исследования технологии утилизации попутного газа в системе сбора, позволяющей отбирать его из буллита ДНС эжектором за счет рабочего давления, создаваемого насосами, перекачивающими жидкость на ППН, при работе СА на высоковязкой жидкости.

Практическая ценность работы!

Разработанная технология дает возможность утилизации попутного газа на ДНС, где давление недостаточно для его транспорта на ППН. Помимо экономической эффективности вследствие предотвращения сжигания газа на факельной линии, это улучшает экологическую обстановку на территории месторождения. Технология утилизации попутного газа в нефтепромысловом сборе с использованием СА внедрена в НГДУ «Азнакаевскнефть» ОАО «Татнефть» им. В. Д. Шашина.

В работе рассмотрены области применения СА в нефтедобывающей промышленности и перспективы их дальнейшего использования.

Проведенные исследования показали возможность эффективного использования многоствольного сопла в погружных насосно-эжекторных установках при газосодержании продукции на приеме СА до 80%.

Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на техсовете НГДУ «Азнакаевскнефть», на заседаниях и научных семинарах кафедры разработки и эксплуатации нефтяных месторождений РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина.

4.3. Выводы к главе 4.

1. На ДНС Чеканского месторождения отсепарированный газ сернистых нефтей сжигается на факельной линии. Горение газа неустойчиво из-за большого содержания азота, пламя часто сбивается порывами ветра, что приводит к загазованности территории.

2. Предложена технология совместного транспорта газа и частично обезвоженной нефти в НГДУ «Азнакаевскнефть». Для этого используется жидкостно-газовый эжектор, рабочим агентом является нефть, подаваемая ЦНС.

3. Проведены промысловые исследования, показавшие работоспособность предложенной технологии для откачки газа с ДНС с помощью эжектора и совместного его транспорта вместе с частично обезвоженной нефтью.

4. В течение 4 лет с мая по ноябрь предложенная технология надежно осуществляется на Чеканском месторождении. Для осуществления откачки газа и в зимний период необходимо на ЦНС поставить более мощные насосы, развивающие более высокое давление.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Неоспоримым преимуществом струйных аппаратов является отсутствие движущихся деталей. Это делает их более износостойкими и менее чувствительными по сравнению с другими перекачивающими устройствами при откачке агрессивных сред, газожидкостных смесей, при содержании в откачиваемой жидкости мехпримесей.

Основным их недостатком является незавершенность теории работы струйных аппаратов. В методиках расчета их различных видов используются эмпирические зависимости, полученные в результате экспериментальных исследований в тех или иных границах изменения параметров как по геометрическим размерам элементов струйного аппарата, так и по термодинамическим характеристикам, по расходам фаз и их физическим свойствам. Пригодность методик может быть ограничена именно рамками изменения этих параметров.

В работе проанализированы наиболее обоснованные методики расчета струйных аппаратов для различных комбинаций агрегатных состояний взаимодействующих сред и разных вариантов геометрических характеристик аппаратов с целью рекомендации их использования в нефтедобывающей промышленности, рассмотрены области применения струйных аппаратов в нефтегазовой промышленности и перспективы их дальнейшего использования.

Большой вклад в теорию и практику работы струйных аппаратов сделали ученые кафедры разработки и эксплуатации нефтяных месторождения РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, такие как И. Т. Мищенко, А. Н. Дроздов, М. А. Мохов, В. А. Сахаров и ряд молодых исследователей, работавших и работающих под их руководством. Ими предложен ряд устройств с использованием струйных аппаратов для совершенствования добычи нефти, многие из которых внедрены в практику. На кафедре под руководством профессоров И. Т. Мищенко и А. Н. Дроздова создан уникальный стенд для исследования погружного добывающего оборудования и его компонентов, для снятия характеристик исследуемого оборудования в условиях, максимально приближенных к промысловым.

Исследования, проведенные на этой установке, позволили установить возможность эффективного применения многоствольного сопла в погружных насосно-эжекторных системах типа «Тандем», использование которого расширяет без-кавитационную область работы струйного аппарата при откачке жидкостью газожидкостной смеси при значениях объемного газосодержания инжектируемого потока от 0 до 80%, а также выбрать геометрические размеры эжектора при разработке технологии утилизации попутного газа в системе нефтепромыслового сбора продукции скважин.

Основными результатами изложенной работы являются следующие:

1. Разработана технология откачки газа из буллита ДНС, используя эжек-торную установку. Рабочим агентом является частично обезвоженная продукция скважин, откачиваемая с ДНС насосами.

2. Технология дает возможность:

— избежать необходимости сжигания газа на факелах при невозможности или неэффективности его откачки, что улучшает экологическую обстановку особенно, когда горение неустойчиво;

— снижать давление в буллите, а, следовательно, на кустах и устьях скважин, что позволяет продлить сроки фонтанирования, увеличить дебиты скважин, уменьшить расход энергии при механизированном способе эксплуатации.

3. Проведены промысловые исследования, показавшие работоспособность предложенной технологии для откачки газа с ДНС с помощью эжектора и совместного его транспорта с частично обезвоженной нефтью. Технология внедрена в НГДУ «Азнакаевскнефть» ОАО «Татнефть» им. В. Д. Шашина.

4. Впервые проведены исследования СА с многоствольным соплом при откачке жидкостью ГЖС с газосодержанием от 0 до 100%.

5. В результате лабораторных экспериментов на стенде РГУ нефти и газа установлено:

— при откачке газа жидкостью вопреки сложившемуся мнению более эффективно одноствольное сопло. Видимо, причиной являются малые размеры СА для погружных насосно-эжекторных установок, рассматриваемых в работе, по сравнению с исследованными другими учеными. Преимущества многоствольного сопла в условиях эксперимента проявлялись лишь при низких коэффициентах инжекции в высоконапорной области;

— при откачке жидкостью жидкости или ГЖС с газосодержанием на приеме до 80% использование многоствольного сопла приводило к расширению бескави-тационной области работы эжектора.

6. В результате анализа методик расчета С А, применяемых в нефтедобывающей промышленности при различных агрегатных состояниях взаимодействующих сред установлено, что использование среднеинтегрального коэффициента инжекции делает методику расчета более универсальной, применимой для расчета более широкого круга СА. Такой методикой является методика Дроздова-Демьяновой.