ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОГРУЖНОЙ УСТАНОВКИ

Необходимость точного вычисления объема задавочной жидкости и соблюдения технологического режима определяется следующим обстоятельством. Отмечаемое в обследуемых скважинах избыточное забойное давление над пластовым к моменту начала освоения приводит к заметному запаздыванию притока из пласта. Так, в скважине № 6677 только после снижения уровня в кольцевом пространстве с 96 до 494 м давление на забое скважины становится равным пластовому и только с этого момента теоретически возможен приток из пласта. Этот момент наступает через 1,5 ч работы установки ЭЦН. Следовательно, весь этот период практически исключается возможность принудительного охлаждения погружного двигателя восходящим потоком пластовой жидкости.

Данные по остальным скважинам показаны в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Характеристика обследуемых скважин по периоду возможной

инфильтрации рабочего агента в пласт после включения УЭЦН

Примечание. (Pзаб—Рпл) - перепад давления к моменту начала освоения скважины; Ннач - фактическое расстояние от устья до уровня жидкости к моменту начала освоения скважины; Нст - статический уровень.

Видно, что во всех скважинах наблюдается принципиально одинаковая картина. После включения погружного насоса во всех случаях проходит ощутимый промежуток времени, прежде чем создаются гидродинамические предпосылки для возникновения притока из пласта. В скважинах с достаточным перепадом давления (Рзаб - Рпл), несмотря на начавшуюся откачку из скважины, продолжается некоторое время инфильтрация рабочего агента в пласт, и на участке от приема насоса до пласта поток является нисходящим. Следовательно, в такой категории скважин электродвигатель погружной установки в начальный момент освоения, несмотря на отсутствие притока из пласта обтекается потоком рабочего агента.

После прекращения инфильтрации жидкости в пласт скорость обтекания двигателя приближается к нулевой. Учитывая, что по многим скважинам, осваиваемым после подземного ремонта погружными электроцентробежными установками, период возможного "обмыва" двигателя нисходящим потоком рабочего агента достаточно велик, были проведены дополнительные исследования.

В этих исследованиях ставилась цель получить зависимость скорости обтекания двигателя от времени при освоении скважины с детализацией этой зависимости в начальные периоды.

Методика исследований

Для характеристики гидродинамики обтекания погружного электродвигателя целесообразней использовать величину не абсолютной скорости, а относительной:

                    (3.20

где    - фактическая абсолютная скорость обтекания погружного двигателя;  - номинальная абсолютная скорость обтекания; Qпл - расход жидкости, поступающей из пласта, или, наоборот, инфильтрующейся в пласт; Qном - номинальная производительность  погружной электроцентробежной установки; Dном - номиналь,ный внутренний диаметр обсадной колонны; Dдв - внешний диаметр погружного двигателя.

Величина Qпл определяется на основе фактических замеров подачи насоса Q и динамики движения уровня жидкости в кольцевом пространстве в период освоения скважины:

                                                                        (3.21)

где Hур(t) - расстояние от устья до уровня жидкости в кольцевом пространстве.

Результаты исследований

На рис. 3.9. представлены результаты измерений и обработки по каждой скважине. На рисунках показаны динамика изменения уровня жидкости, замеренная волномером и относительная скорость обтекания, вычисленная по вышеприведенной методике. Учитывая многообразие форм приведенных графиков первоначально был проведен анализ по отдельным скважинам. Здесь подробно описаны данные по скважинам 6677 и 6984.

Скважина 6677. Согласно данным исследований скважины 6677 первоначально освоение проводилось при значительной недогрузке погружной электроцентробежной установки и насос развивал подачу в 20-50% номинальной, лишь после перефазировки двигателя производительность насоса стала соответствовать характеристике. Данные о динамике подачи насоса приведены в табл. 3.6.

Представленный на рис. 3.9. и в табл. 3.6. материал указывает на то, что в данной скважине условия работы погружного электродвигателя в начальные периоды освоения были неблагоприятными - в течение длительного времени относительная скорость обтекания была близка к нулевой.

Период после вторичного запуска установки (t >3,6 ч) характеризуется не только резким снижением уровня, но и интенсивным притоком из пласта. В результате чего, скорость потока в кольцевом пространстве между погружным двигателем и обсадной колонной резко возрастает и достигает величины на 20-30% превышающей номинальную (ŵ = 1,2-1,3).

Наличие максимума в приводимых на рис. 3.9. зависимостях при t ≈ 5ч можно объяснить различным характером изменения плотности по мере притока жидкости из пласта на участке от забоя до приема насоса и от приема насоса до уровня жидкости. Последний участок вследствие разделения фаз будет формироваться газоводонефтяной смесью с пониженной по сравнению с забойным участком плотностью.

Таблица 3.6

Подача насоса и плотность перекачиваемой жидкости в период освоения скв. 6677

Надо отметить, что в дальнейшем процесс сепарации газа приводит к росту давления в затрубном пространстве и оттеснению уровня. В данной скважине это наблюдается через 20-24 ч после начала освоения скважины (табл. 3.7). Таким образом зависимость Hур(t) в конечном счете имеет и другой экстремум (минимум). Анализируя зависимость w(t), следует отметить, что скорость обтекания погружного электродвигателя на средней и заключительной стадиях освоения высока и при выходе на режим соответствует номинальному значению.

Таблипа 3.7

Данные средней и заключительной стадий освоения скв. 6677

Таким образом, освоение скв. 6677 характеризуется напряженными условиями работы ПЭД в начальной стадии; период работы ПЭД (Тн) с w ≤ 0,2 составляет около 3 ч - весь этот период погружной электродвигатель охлаждается потоком, имеющим скорость в 5 и более раз меньшую, чем wном.

Скважина № 6984. Начальная стадия освоения этой скважины отмечена двумя кратковременными остановками погружного насоса при t = 1,5 и 2,3 ч, а также одной длительной остановкой с t = 3 до t = 4,4 ч.

Из рис. 3.9. видно, что темп снижения уровня в затрубном пространстве до первой остановки погружного насоса достаточно высок, хотя производительность насоса   в   это время (табл. 3.8) невелика. Такое "несоответствие" объясняется ин-

Таблица 3.8

Подача насоса в период освоения скв. 6984

фильтрацией жидкости в этом интервале времени в пласт. Это видно также из зависимости ŵ(t), согласно   которой   (см. рис. 3.9) продолжительность инфильтрации в пласт составляет около часа. Велико и значение периода слабого обтекания погружного электродвигателя (Tн = 2 ч).

Общим в освоении скв. 6677 и 6984 является значительная недогрузка погружной электроцентробежной установки в начальный период по производительности. Это обстоятельство является дополнительной причиной увеличения Tн.

Анализ и обработка экспериментального материала показывают, что существует вполне определенная взаимосвязь между тремя гидродинамическими   показателями   освоения скважин после их подземного ремонта: Tн, ΔР = Рзаб - Рпл, Vф. Из обобщающего рисунка 3.10 видно, что продолжительность периода слабого обмыва ПЭД - величина Tн - растет с увеличением ΔР и Vф.

Но при этом надо отметить, что представленный материал несколько меняет существующее представление о характере освоения скважин после подземного ремонта. Это выражается, главным образом, в том, что успешность освоения в большой степени определяется существующим к моменту начала освоения избытком забойного давления над пластовым. Судя по фактическим данным для рассматриваемых условий избыток в 1,5 - 2,0 МПа является критическим; при ΔР > (1,5 - 2,0) МПа резко возрастает продолжительность периода слабого обмыва ПЭД.

Из вышесказанного следует, что при традиционной технологии освоения оперативность проведения подземного ремонта в некоторых случаях (при ΔР > ΔРкр) не может служить гарантией нормального режима обтекания погружного двигателя в начальный период. Кроме того, режим обтекания может быть значительно улучшен, если начало освоения скважины   после подземного ремонта будет смещено и перепад давления ΔР = Рзаб - Рпл к моменту начала освоения будет ниже критического. Но такая мера будет действенна лишь в том случае, когда фактический и расчетный объемы рабочего агента будут примерно одинаковы, а объем инфильтрующейся в пласт жидкости Vф при этом минимален. Только в этом случае отрицательный эффект от снижения фильтрационной характеристики призабойной зоны скважины может быть скомпенсирован положительным воздействием от снижения ΔР к началу освоения. По иному идет процесс освоения в скважинах, заглушенных. ГЭР (рис. 3.11). Ниже приведем  результаты   исследования скв. 1560, продукция которой содержит нефть угленосных отложений вязкостью 19,2 мПа-с в пластовых условиях. Процесс освоения этой скважины проходит практически без осложнений. Уже в первые 50 мин ŵ равна 0,5, а через 4,6 ч достигает 0,95. В динамике Hyp = f(t) и ŵ  = f(t) можно выделить четыре зоны.

Первая зона (t1) представляет из себя процесс, когда включенный насос забирает жидкость с затрубного пространства и резко снижает уровень. Приток из пласта   жидкости начинается более интенсивно через 12-15   мин   и   в   точке t1 имет максимум. Основная жидкость из затрубного пространства к этому моменту откачана и на прием насоса начинает поступать пластовая жидкость. Ввиду различия плотностей продукции пласта и задавочной жидкости насос,. как правило, меняет свою характеристику в сторону снижения, которое продолжается до выравнивания плотностей до приёма насоса и в затрубном участке.

С точки t2 (вторая зона) над приёмом насоса начинает накапливаться нефтяная фаза, плотность которой практически. равна плотности нефти в пластовых условиях. Этот процесс продолжается до точки t3 (третья зона). С момента t3 до t4 (четвертая зона) идет выравнивание системы пласт-насос-подъёмник и система переходит на "условно стационарный режим" работы. Аналогичный процесс происходит и в других исследованных скважинах.

При применении ГЭР эффект проявления начальных градиентов и капиллярных сил значительно ниже в сравнении со скважинами, заглушенными минерализованной водой высокой плотности. Так, по скв. 6737 он составляет 18 мин (см. начало кривой ŵ -рис. 3.9), скв. 7519 и 7447 - 24 и 36 мин соответственно, в то время как по скв. 1560 он составляет всего лишь 6 мин.

Представляют интерес результаты освоения скв. 7466, на которой перед ремонтом была проведена промывка забоя с допуском труб водным раствором дистиллята деэмульгатором типа дисолван. Операция с промывкой забоя скважины была: связана с другим технологическим процессом - очисткой призабойной зоны. Эффект действия химреагентов на этой скважине проявляется значительно, хотя перед ремонтом она была промыта технологической жидкостью.   Фильтровавшиеся   в пласт и адсорбированные в призабойной зоне углеводородный радикал и деэмульгатор изменяют картину освоения в сторону облегчения процесса. Если сравнить   характер   изменения ŵ  = f(t) по скв. 7466 и 1560, то можно наблюдать схожесть происходящих процессов. Отличие физико-химических свойств задавочной жидкости и продукции скважин приводит к значительной перегрузке погружных установок в момент освоения и изменению геологофизических характеристик призабойной зоны.

Обобщая результаты исследования более чем 400 скважин с ЭЦН и используя зависимости (3.20) и (3.21) для скважин, откачивающих девонскую   нефть,   получили зависимость ŵ  = f(Qн) при критериях ΔР = 1,5-2,0 МПа.

Действие параметров притока на ŵ комплексно. В значительной степени влияние оказывает μн и k. На рис. 3.12 зависимость ŵ  = f(Qн) приведена для трех значений проницаемостей 0,2; 0,5 и 0,8 мкм2. Для данного случая принято, что приток из пласта в "условно стационарном режиме" соответствует производительности насоса. Анализируя кривые 1, 2, 3 (см. рис. 3.12), можно отметить следующее. Условия освоения и вывода на режим даже для одного и того же значения притока из пласта, наряду с другими параметрами, определяющим образом зависят от проницаемости призабойной зоны пласта. При притоках менее 150 - 180 м3/сут применение химреагентов, сохраняющих первоначальные характеристики пласта крайне необходимо.

Для скважин с притоком более 180 м3/сут могут быть применены и более дешевые технологические приемы, позволяющие значительно облегчить процесс освоения и пуска скважин. Но здесь следует иметь в виду, что процесс освоения и пуска скважины в работу комплексно взаимосвязан с работой погружного двигателя, насоса и подъемника, как единая гидродинамическая система. Применение жидкостей различных плотностей и вязкостей отражается на работе погружного насоса, двигателя и подъемника по-разному.

Рассмотрим прежде всего как первый элемент этой системы работу погружного двигателя. Двойственность причин, ухудшающих режим работы погружного двигателя в период освоения делает необходимым пересмотр существующей технологии подготовки к подземному ремонту и последующему освоению насосной скважины.

Из вышесказанного следует, что совершенствование технологии может проводиться в двух направлениях.

Первое - сокращение объема   инфильтрации задавочной жидкости в пласт, особенно в тех случаях, когда физико-химические свойства рабочего агента сильно отличаются от свойств пластовой жидкости или же приводят к трудноустранимому в процессе эксплуатации ухудшению фильтрационной характеристики призабойной зоны скважины.

Второе направление - снижение забойного давления в скважине к моменту начала освоения погружным электроцентробежным насосом, то есть уровень задавочной жидкости в скважине к моменту включения установки должен быть близок к статическому или ниже его.

Эти два требования, конечно, при традиционной технологии подготовки и освоения после подземного ремонта не могут быть реализованы в одинаковой степени. И, как правило, выполнение одного требования может быть сделано лишь в ущерб другому. Количество жидкости, попадающей в пласт Vф, а также уровень жидкости в скважине Нур зависят от времени восстановления забойного давления после остановки скважины   на подземный ремонт, иными словами, от времени ожидания задавки. При одинаковом объеме рабочего агента, используемого для задавки, и одинаковом времени проведения подземного ремонта, влияние времени ожидания задавки Тз на величины Vф и Нур  сказывается по-разному.

На рис. 3.13 и 3.14 показаны условные графики гидродинамического состояния системы скважина - пласт для двух значений времени ожидания. Первый график соответствует условиям практически полного восстановления давления в скважине перед ее задавкой, а второй график - условиям, когда задавка начата непосредственно после остановки скважины на подземный ремонт (давление ещё не восстановлено).

Во втором случае отмечается значительно более высокий градиент давления в призабойной зоне, следовательно - более высокая скорость инфильтрации и высокий темп снижения давления. В результате к моменту начала освоения объем жидкости, проникшей в пласт, будет большим, а забойное давление (давление столба жидкости в скважине) меньшим, чем в первом случае.

На каждом конкретном объекте в связи с этим существует оптимальное время ожидания задавки, то есть оптимальная степень восстановления давления к моменту задавки скважины. В скважинах, оснащенных насосами большой производительности целесообразной является высокая степень восстановления давления. Большая скорость откачки до минимума   сократит период слабого обмыва ПЭД, и призабойная зона пласта будет минимально загрязнена, так как Vф при этом незначителен.

В скважинах, освоение которых проводится насосами малой производительности, необходимо сократить время   ожидания задавки. Это позволит к моменту включения погружной насосной установки обеспечить минимум разности между давлением столба жидкости в скважине и пластовым давлением, а после включения обеспечить практически мгновенный приток из пласта. Начнется обмыв погружного электродвигателя хоть и с недостаточно высокой скоростью, так как здесь   происходит ухудшение фильтрационной характеристики призабойной зоны (в этом случае Vф велико). Впрочем, фактическая скорость обмыва будет находиться в определенном соответствии с требуемой для охлаждения ПЭД скоростью обмыва, ибо мощность двигателя относительно невелика.

Но главным требованием независимо от типоразмера применяемого оборудования при традиционной технологии задавки и освоения насосных скважин, следует повторить, остается строгая дозировка объема рабочего агента, обработанного химреагентом, используемого для задавки ремонтируемой скважины. Этот объем может быть подсчитан на основе вышеприведенных формул (3.19), согласно которых основными исходными параметрами служит пластовое давление, плотность задавочной жидкости, диаметр скважины, а также коэффициент запаса. Могут быть и другие разновидности технологии глушения, которые коренным образом исключают попадание задавочной жидкости в продуктивный пласт. Одним   из   способов, реализующих этот подход, является способ, основанный на использовании в процессе задавки скважины энергии сжатого газообразного агента.