На сегодняшний день на постсоветском пространстве нефть преимущественно добывается установками ЭЦН, доля которых в общем потреблении электроэнергии всего производственного процесса отдельно взятого месторождения может превосходить 50% рубеж.
Давно ушли в историю времена, когда вырабатываемая электрическая мощность стоила копейки и вопросом количества потребляемой электроэнергии, а уж вопросами его снижения и энергосбережения нефтегазовые компании вовсе не задавались. К тому же в условиях эксплуатации нефтяного месторождения на поздней стадии, характеризующейся одновременно и снижением отборов нефти, и увеличением обводненности добываемой продукции, показатель энергоэффективности приобретает одно из актуальнейших значений.
С точки зрения эксплуатации нефтяных скважин и добывающего оборудования повышенный расход электроэнергетической мощности (удельный расход электроэнергии), влекущий за собой снижение рентабельности добычи нефти, может быть обусловлен следующими причинами:
- некорректно подобранное ГНО (насос + двигатель), отсюда несогласованный режим работы системы пластскважина-насос;
- эксплуатация насоса вне зоны оптимального режима (правая или левая области), отсюда снижение КПД всей установки;
- ухудшение свойств околоскважинной зоны пласта вследствие влияния как чисто технологических, так и естественных факторов (кольматация, загрязнение зоны ПЗС буровым раствором в процессе бурения и т.д.);
- низкий коэффициент охвата пласта заводнением.
- нерациональная система поддержания пластового давления.
-отсутствие хорошей гидродинамической связи между скважинами как добывающими, так и нагнетательными.
Для повышения эффективности работы погружных установок и решения 2х приведенных причин в данной работе раскрывается целесообразность внедрения вентильных электродвигателей ВД взамен асинхронных ПЭД, рассматривается необходимость применения энергосберегающих режимов эксплуатации нефтяных скважин. Для возможного решения последних 2х из названных причин с целью интенсификации добычи и повышения энергоэффективности всего процесса предлагается возможность реализации технологии вибросейсмического воздействия на 82 пласт по средствам применения специально разработанной, уникальной установки, особенностью которой является осуществление воздействия, преимущественно на околоскважинную зону пласта в период активной добычи.
В данной работе объектом рассмотрения является нефтяное месторождение Каракудук (с казахского языка означает «Черный колодец»), которое располагается в Республике Казахстан.
По состоянию на 1 января 2014 г эксплуатационный фонд скважин включает в себя 156 добывающих скважин, 155 из которых эксплуатируется с применением установок ЭЦН. Как показывает анализ в 2013 г на добычу 959 тыс т нефти было израсходовано 148,61 млн кВт*ч электроэнергии на общую сумму 1,997 млрд тенге.
Дальнейшее увеличение энергозатрат в насосной добычи будет определяться стабильной тенденцией роста тарифов на потребляемую электрическую мощность (табл. 1) и неизбежным ростом обводненности добываемой продукции (табл. 2).
Более того по результатам проведенной оценки в программном продукте UCube уже к 2018 г средняя суточная добыча нефти на месторождении снизится на 42 % (рис. 1).
Рис. 1. Прогнозирование суточной добычи нефти на месторождении Каракудук. (штриховкой обозначена доля Лукойл в общей добыче)
Актуальность применения вентильных электродвигателей взамен существующим асинхронным ПЭД видится в основном за счет снижения потребляемой электрической мощности. Однако данный вид оборудования в довесок к энергетическим преимуществам имеет ряд технологических и ресурсных.
Снижение энергопотребления обуславливается за счет следующих факторов:
- более высоких значений КПД (91-92%);
- меньших значений рабочих токов, что обеспечивает снижение потерь мощности в кабельной линии;
- регулирования частоты вращения;
Повышение ресурса установки за счёт:
- более низких перегревов (∆Т = 20−250ºС) и рабочих токов двигателя;
- более низких рабочих температур двигателя и гидрозащиты;
- отсутствия кратного повышение пусковых токов кабеля и двигателя;
- повышения ресурса насоса в результате замены регулирования подачи насоса штуцированием изменением частоты вращения;
Оптимизация отбора продукции за счёт:
- регулирования частоты вращения;
- возможность работы УЭЦН в циклическом режиме.
Одна из современных актуальных проблем на месторождении Каракудук является эксплуатация нефтяных скважин в периодическом режиме. Число таких скважин на протяжении последних 3−5 лет остается на уровне 13−16 единиц.
Как известно, эксплуатация нефтяных скважин в периодическом режиме априори связана с недоборами в добыче нефти за счет падения среднеинтегральной депрессии на пласт.
Теоретические расчеты показывают, что отдельную группу этих скважин после оснащения УЭЦН вентильными двигателями удастся эксплуатировать на постоянном режиме, оптимизировав отбор продукции. К тому же по всем этим скважинам ожидается еще большее снижение удельного расхода за счет внедрения технологии циклических отборов.
За счет более низких перегревов двигателя снижается интенсивность процесса коррозии глубинно-насосного оборудования, являющейся одним из осложняющих факторов на рассматриваемом месторождении.
Известно, что скорость коррозии Vкор прямо пропорциональна парциальному давлению СО2 и температуре и описывается уравнением Де Ваарда − Миллиамса:
Теоретические расчеты показывают, что при переходе на вентильные электродвигатели происходит более чем полуторное снижение скорости коррозии. Таким образом, данный вид оборудования позволяет решать многие технологические задачи при одновременном снижении энергопотребления.
В данной работе проделана теоретическая количественная оценка экономии электроэнергии от внедрения и его техникоэкономическое обоснование для возможного включения 85 вентильных электродвигателей в программу энергосбережения месторождения Каракудук.
Подсчитано, что в среднем при внедрении ВД удастся сэкономить 15-20% потребляемой электроэнергии при одновременном увеличении наработки на отказ ГНО. С первоочередной целью снижения обводненности добывающей продукции и вовлечения в общий фильтрационный поток остаточной нефти путем создания системы микротрещин и встряхивания пласта (околоскважинной зоны) на месторождении была рассмотрена возможность применения установки вибросейсмического воздействия на пласт. Исходя из необходимых требований были отобраны скважины для осуществления воздействия. По гидродинамической модели в программном комплексе Petrel были оценены остаточные подвижные запасы нефти в области дренирования скважин.
При использовании технологии одновременно в нескольких скважинах совершенно справедливо ожидать усиленный синергетический эффект вследствие интерференции физических полей (фильтрационное, волновое) Вследствие высокого показателя масштабируемости технологии ВСВ очевидно предполагать, что интенсификация притока приведет к увеличению общего показателя энергоэффективности разработки нефтяного месторождения, а снижение обводненности приведет к существенному снижению объемов добываемой воды, а значит к увеличению энергоэффективности на 1 т добываемой нефти.
Список литературы
1. Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти. М.: Недра, 2007.
2. Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы. М.: Гостоптехиздат, 1957.
3. Щуров В.И. Технология и техника добычи нефти. М.: Недра, 1983.
4. Ивановский В.Н. Максимально и минимально допустимые часты вращения ротора УЭЦН при регулировании добывных возможностей с помощью частотных преобразователей. Доклад на XII Всероссийской технической конференции: Производство и эксплуатация УЭЦН, Альметьевск, 2004.
5. Кузьмичев Н.П. «Кратковременная эксплуатация скважин новый подход к повышению рентабельности добычи нефти» // Бурение и нефть. 2005. №6.
6. Кузьмичев Н.П. «Рациональная разработка и эксплуатации месторождений нефти при кратковременной эксплуатации скважин». Доклад на конференции: Весь нефтегазовый комплекс. Секция «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений». Москва, 26−29 октября 2005 г.
7. Гинзбург М.Я., Павленко В.И. Факторы, обеспечивающие снижение энергопотребления УЭЦН при замене в них ПЭД на ВД., Инженерная практика.
8. Кузнецов О.Л., Симкин Э.М., Чилингар Дж. Физические основы вибрационного и акустического воздействия на нефтегазовые пласты. Москва, Мир 2001.
9. Гадиев С.М. Использование вибрации в добыче нефти. М.: Недра, 1977. 158 с.
10. Сургучев М.Л., Кузнецов О.Л., Симкин Э.В. Гидродинамическое, акустическое и тепловое циклическое воздействия на нефтяные пласты. М.: Недра, 1975. 230с.
11.Дроздов А.Н., Мохов М.А., Вербицкий В.С. Технология и техника вибросейсмического воздействия на пласт при одновременной добыче нефти из возбуждающей скважины, Бурение и нефть. 2003. №10. С. 24−25.
Автор: Т. Зайнуллов, РГУ им. И.М. Губкина,
