NO20141023A1 - Forbedret gassløftsystem for oljeproduksjon - Google Patents

Abstract

En forbedret gassløftsystem for anvendelse ved oljeproduksjon fra et brønnhull (11) som anvender et gassløftinjeksjonssystem (10) av kjent type, og som videre omfatter en overflatestrålepumpe (16) nedstrøms av brønnhodet (13) for å redusere strømningstrykket ved brønnhodet og som er i stand til å slippe ut produsert fluid (14) ved et trykk som kreves av et nedstrøms produksjonssystem.

Description

Forbedret gassløftsystem for oljeproduksjon

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et gassløftsystem for å forbedre oljeproduksjonen fra en brønn.

Faglig bakgrunn

Bruken av gassløft, som involverer injeksjon av høytrykks gass ved forskjellige dybder av en oljebrønn, er velkjent som en effektiv måte for å redusere det hydrostatiske trykk av fluider som strømmer gjennom borehullet og for å øke strømningshastigheten for å kunne hindre væsker fra å bygges opp i brønnhullet.

I et typisk tilfelle av oljeproduksjon, spesielt når gass oljeforholdet (GOR) i de produserte fluider er lavt (typisk under 500 SCF/ bbl/ dag) (14,2 Nm<3>/ fat/ dag), idet strømningsregimet av de produserte fluidene varierer innen brønnhullet, diktert hovedsakelig av trykket ved hver dybde. Ved de laveste punkter i nærheten av produksjons-/ perforeringssonen, er strømningsregimet ofte enfaset turbulent, boblestrømning, og støtvis strømning. Disse typer av strømningsregimer oppstår hovedsakelig på grunn av den lave hastigheten til gass ved nær bunnhull ved de rådende produksjonstrykk. Disse såkalte erratiske strømningsregimer forårsaker et betydelig trykktap inne i brønnhullet og fører til en økning i det strømmende bunnhullstrykket (FBHP) og oppbygging av væsker på grunn av den lave hastigheten av gassen som skal løfte væskene.

Enøkning i FBHP vil i sin tur begrense produksjonen. Ved høyere nivåer, nærmere brønnhodet, blir strømningsregimet forbedrer idet den produserte gassen strømmer ved et lavere trykk og derfor ved en høyere tilsynelatende hastighet og volumetrisk strømningsrate. Av denne grunn er strømningsregimet i brønnhullseksjoner i nærheten av brønnhodet mer stabile og ofte av dispergert boblestrømningstype.

Et gassløftsystemøker hastigheten av den totale gass som strømmer gjennom brønnhullet, og kan endre strømningsregimet innen en del av brønnhullet til de mer gunstige og stabile strømningsregimer, så som dispergert boblestrømning. Dette reduserer i sin tur FBHP for brønnen, og resulterer i en mer stabil produksjonsrate slik at produksjonen kan øke.

Det er en optimal hastighet ved hvilken gassløft er effektiv, over hvilken effektiviteten reduserer ettersom den høye hastighet av fluider vil øke friksjonstap vesentlig; og dermed motvirke gevinsten fra reduksjon i hydrostatisk trykk av produserte fluider. Trykket av gassløftegass blir bestemt av brønndybden samt injeksjonsdybde og produksjonstrykk ved injeksjonspunktet. Typisk gassløfttrykk har vært 70 til 100 barg, men dette er ikke en grense.

Det er imidlertid følgende tilstander som kan oppstå i et gassløftsystem:

- Det er ikke tilstrekkelig mengde av løftegass tilgjengelig ved detønskede trykk for å oppnå den maksimale, eller optimale grad av reduksjon i det hydrostatiske trykk av fluider, og reduksjonen i FBHP for å oppnå maksimal produksjon. - Høytrykksgassen (HP) har ikke tilstrekkelig trykk til å bli injisere det ved de laveste deler av brønnhullet hvor gassløft er nødvendig, og er mest effektiv. - Rørdimensjonen begrenser mengden av løftegass idet overdrevne friksjonstap kan oppstå og motvirke fordelen av løftegass.

De ovennevnte scenarier begrenser produksjonen og kan i noen tilfeller føre til en opphopning av væsker i brønnhullet, noe som fører til ujevn produksjon og til sist stans i produksjonen etter hvert som reservoartrykket synker med tiden.

Det er mange måter for å redusere brønnhodetrykk, for eksempel ved hjelp av flerfase pumper, men alle løsninger er forskjellige og har sine egne unike egenskaper. Den eneste felles faktor er at alle forsterkningssystemer reduserer brønnhodetrykk. For eksempel beskriver WO 2011/025590 anvendelse av strålepumper i brønnhullet, og er særlig beregnet for forbedring av produksjon av tungolje. I dette tilfelle blir viskositeten av den tunge oljen redusert ved å bruke lys olje eller fortynningsmidler som drivstrøm, hvilket bidrar til å redusere trykktap langs brønnhullet. Systemet er nedhulls, det vil si uten bruk av en overflateapparatur for å redusere brønnhodetrykket.

Overflatestrålepumper er kjent. For eksempel angår EP 0717818 anvendelse av overflatestrålepumpe hvor strømning fra en høytrykks oljebrønn blir brukt til å redusere ba kt rykk på lavtrykksbrønner. Imidlertid er kilden til den drivende strømning i dette dokumentet en høytrykks brønn og lavtrykksbrønnen blir ikke gassløftet.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse søker å ta fatt på de identifiserte betingelser for å forbedre drift av et gassløftsystem, og derved tilveiebringer en tilsvarende forbedring av produksjon fra en oljebrønn.

I ett bredt aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebrakt et forbedret gassløftsystem for bruk ved produksjon av fluid fra et brønnhull, omfattende: en injektor for å tilføre trykksatt gass til brønnhullet; et brønnhode; et rør (også kjent som "rørstreng") som strekker seg fra brønnhodet ned i brønnhullet; en flerhet av åpninger eller ventiler ved forskjellige dybder på røret for å tillate inntrengning av injisert gass for å hjelpe fluid som strømmer oppover gjennom røret ved å redusere det hydrostatiske trykk; videre omfattende en forsterkerenhet nedstrøms av brønnhodet for å redusere strømningstrykket ved brønnhodet og som er i stand til å slippe ut produserte fluider ved et trykk som kreves av et nedstrøms produksjonssystem.

Det forbedrede gassløftsystemet ifølge oppfinnelsen senker strømningstrykket ved brønnhodet (FWHP) av brønnen for å øke produksjonen og også for å øke hastigheten til gassen som strømmer gjennom brønnhullet. Strømningstrykket ved brønnhodet (FWHP) av brønnen blir ofte bestemt av produksjonssystem nedstrøms og prosessystemet. Imidlertid gir tilveiebringelse av et dedikert forsterkningssystem ved overflaten en klar fordel fordi det kan redusere FWHP av brønnen under levering av de produserte fluider ved det trykk som kreves av det nedstrøms produksjonssystem.

Fortrinnsvis er forsterkerenheten er en overflatestrålepumpe. Bruken av en overflatestrålepumpe (SJP) for å redusere FWHP er en kostnadseffektiv og enkel løsning for å rette på problemet identifisert ved den første tilstand i bakgrunnsdelen ovenfor, og for å forbedre produksjonen fra brønnen. Spesielt, ved å implementere den foreliggende oppfinnelse, forbedres strømningsregimet inne i brønnhullet, fordi det produserte fluidet strømmer ved et lavere trykk og derfor ved en høyere observert hastighet og volumetrisk strømningsrate.

Fortrinnsvis kan den drivende HP strømning for SJP være en av følgende: HP gass; HP olje eller gass fra én eller flere HP brønner; HP væskefase (olje eller vann). Denne HP væske kan være fra en tilgjengelig HP kilde, så som injeksjonsvann eller utført olje, hvis trykk er blitt forsterket av andre grunner.

Typisk trykk av den drivende høytrykkstrømning fra overflatestrålepumpen er det dobbelte av strømningstrykket ved brønnhodet, men trykket kan være flere ganger denne verdi, og typisk opp til 70 barg eller høyere. Strømningsraten av HP strømningen er også vanligvis er lik eller høyere enn brønnstrømningsraten for å være høyeffektiv til å redusere FWHP med en faktor på to eller mer.

I henhold til oppfinnelsen, vil kombinasjonen av gassløftsystem (med ellers begrenset eller ikke optimal gassløfthastighet) og bruk av en overflatestrålepumpe forbedre produksjonen på en meget kostnadseffektiv og enkel måte.

I et annet bredt aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebrakt et forbedret gassløftsystem for bruk i produksjon av fluider fra et brønnhull, omfattende: en injektor for å tilføre trykksatt gass til brønnhullet; et brønnhode; et rør som strekker seg fra brønnhodet ned i brønnhullet; en flerhet av åpninger eller gassløftventiler ved forskjellige dybder på røret for å tillate inntrengning av injisert gass for å hjelpe fluid som strømmer oppover gjennom røret ved å redusere det hydrostatiske trykk; videre omfattende en forsterkerenhet oppstrøms for injektoren for å øke trykket av løftegass.

Fortrinnsvis er forsterkerenheten en overflatestrålepumpe utformet for å motta lavtrykks injeksjonsgass (dvs. "lavtrykks" skal tolkes som lavere enn det som ideelt sett er ønskelig for optimal gassløft) inn i et første innløp, idet strømningsraten for gassen ved det første innløp blirøket av en høytrykks drivende strømning som er i stand til å bli mottatt i et andre innløp nedstrøms for en resirkuleringssløyfe fra en kompressor (for eksempel en eksisterende kompressor for tilveiebringelse av løftegass eller for utføring av gassen med rørledning), idet utløpet fra overflatestrålepumpen er konfigurert for å levere gass til innløpet av gass-kompresjonssystemet.

Dette aspekt av foreliggende oppfinnelse angår det identifiserte problem at høytrykksgass i gassløftsystemet ikke har tilstrekkelig trykk til å bli injisert ved de laveste deler av brønnhullet hvor gassløft trengs og er mest effektivt. Overflatestrålepumpen fungerer som et middel til "for-forsterket" trykksetting før kompressoren.

Systemet ifølge oppfinnelsen har to hoved forskjeller fra teknikkens stand omtalt ovenfor. Den første er det faktum at lavtrykks gassbrønn blir gassløftet og den andre er det faktum at den drivende strømning kan være fra hvilken som helst kilde, så som injeksjonsvann, utført olje eller en hvilken som helst tilgjengelig høytrykks væske. Det viktigste aspekt ved oppfinnelsen er et system som kombineres med gassløft for å øke produksjon, og kompenserer for de tilfeller hvor gassløft ikke er optimalisert, enten fordi det er for lite gass eller fordi gassløfttrykket er utilstrekkelig til å bli injisert inn i den dypere del av brønnen hvor behovet er størst.

Kort beskrivelse av figurene

Figur 1 viser en anordning av et forbedret gassløftsystem ifølge oppfinnelsen; Figur 2 viser i grafisk form den ytterligere produksjon oppnådd som et resultat av gjennomføring av oppfinnelsen; Figur 3 illustrerer en overflatestrålepumpe egnet til bruk med den foreliggende oppfinnelse; og Figur 4 illustrerer en ytterligere forbedret modifikasjon av et gassløftsystem i henhold til oppfinnelsen.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen

Med henvisning til figur 1, blir økt oljeutvinning i en lav GOR brønn oppnådd ved å implementere et gassløftinjeksjonssystem 10 i en brønn 11, slik at det hydrostatiske trykk av fluider i uttakssrøret 12 blir redusert. En olje/ gassblanding forlater brønnhodet 13 for nedstrøms prosessering via en rørledning 14.

I henhold til kjent praksis blir en trykksatt øvre seksjon 11A av brønnen 11 forseglet fra produksjonssonen P med en barriere 15 (gjennom hvilken røret 12 passerer), og gass blir innført gjennom rørveggen til røret 12 ved forskjellige dybder, via ventiler eller åpninger (ikke avbildet i figur 1). Strømningsraten av fluidet som naturlig stiger gjennom røret 12 på grunn av underjordiske trykk i produksjonssonen P,økes av bobler fra den injiserte gass inn i røret 12.

Det gassløftsystem som beskrevet ovenfor er generelt kjent. Imidlertid kan det i mange tilfeller være en utilstrekkelig mengde løftegass tilgjengelig ved detønskede trykk for å oppnå den maksimale, eller optimale grad av reduksjon i det hydrostatiske trykk av fluider og reduksjon i strømningstrykket ved bunnhullet, for å oppnå maksimal produksjon. For å løse dette problemet, i henhold til oppfinnelsen, blir en forsterkerenhet, f.eks. overflatestrålepumpe (SJP) 16 montert nedstrøms av brønnhodet 13 for å forbedre strømningsregimet inne i brønnhullet, og samtidig redusere strømningstrykket ved brønnhodet. Som illustrert på figur 1 kan en ventil 17, når den er lukket, avlede fluid i rørledningen 14 gjennom overflatestrålepumpen 16, eller når den er åpen, omgå pumpen.

Virkningen av SJP i den ovenfor beskrevne tilstand er en forbedring i strømningsregimet inne i brønnhullet, en reduksjon i FBHP av brønnen, og derav enøkning i produksjonen. En egnet SJP kan være som beskrevet i EP 0717818, idet foreliggende figur 3 er avledet fra dette dokumentet. Valget av SJP systemet er avhengig av mengden av væske som produseres med gass, og om HP-gass er tilstrekkelig som drivende strømning eller om den drivende strømning på grunn av raten av væsker som produseres bør være HP væskefase, så som den som er vist på figur 3.

Den drivende (høytrykks) strømning 18 som går inn i SJP 16, kan være hentet fra: HP gass; HP olje eller gass fra én eller flere HP brønner; HP væskefase (olje eller vann). I det sistnevnte tilfelle kan HP væske komme fra en tilgjengelig HP kilde, så som injeksjonsvann eller utført olje, hvis trykk er blitt økt av andre grunner. Fordelen med å bruke en SJP 16 for å forbedre strømningsregimet er at dens høytrykksfluid for drift ikke behøver å være en gass, som gassløftsystemet nødvendigvis er begrenset til, men kan være avledet fra mange mulige kilder, noe som gjør effektiv bruk av tilgjengelig ressurser.

Følgelig vil i mange tilfeller en kombinasjon av et gassløftsystem ved redusert rate eller redusert trykk (avhengig av tilgjengeligheten og trykket av HP-gass) og et SJP system være mest kostnadseffektivt og fordelaktig når det gjelder å maksimere produksjonen fra brønner (i motsetning til finne andre måter for å øke injeksjonsgasstrykket). Overflatestrålepumpen tilbyr også den enkleste løsningen i forhold til alternative overflateforsterkersystemer, som for eksempel flerfasepumper som, hvis slike anvendes, krever en betydelig mengde elektrisk kraft som ofte ikke er tilgjengelig på plattformer eller brønnsteder.

Figur 2 illustrerer grafisk den ytterligere (dvs.økningen) produksjon (AP) som forventes fra et system ifølge oppfinnelsen, ved å benytte en overflatestrålepumpe og et gassløftinjeksjonssystem (SJP + Gl), sammenlignet med gassløftinjeksjon (Gl) alene. De respektive kurvene illustrerer også den optimale (topp) produksjon, dvs. produsert oljestrømningsrate, som reduseres med overdrevne gassinjeksjonsstrømningsrater som nevnt tidligere.

Typisk trykk av den drivende høytrykkstrømning fra overflatestrålepumpen, er det dobbelte av strømningstrykket ved brønnhodet, men trykket kan være flere ganger denne verdi, og typisk opp til 70 barg eller høyere. Strømningsraten av HP strømningen er også vanligvis lik eller høyere enn brønnstrømningsraten, for å være høyeffektiv til å redusere FWHP.

En ytterligere forbedring er vist i figur 4, idet en SJP enhet 16A er installert i en injeksjonsgasskrets 19 for å hjelpe til å heve trykket av gassløftegass slik at den kan injiseres effektivt i den laveste delen av brønnen for å forbedre gassløft og forbedre produksjon. Et slikt arrangement løser den identifiserte tilstand der høytrykks (HP) gass ikke har tilstrekkelig trykk til å bli injisert ved de laveste deler av brønnhullet (hvor gassløft er mest nødvendig og mest effektivt).

Som illustrert benytter SJP 16A som drivende strømning 18 resirkulert gass fra en gassløftkompressorenhet 20, slik at injeksjonsgassinnløp 21 til lavtrykkssiden av SJP er "for-trykksatt" av den drivende strømning før den blir ytterligere komprimert av den nedstrøms gassløftkompressor 20. Det illustrerte systemetøker trykket av løftegass 10 for injeksjon for å nå de laveste punkter i brønnen 11. Det skal bemerkes at sammenlignet med figur 1 viser ikke figur 4 en slik barriere 15, slik at flytende olje fra produksjonssonen stiger til et lavt nivå 22 i brønnen 11. Som tidligere nevnt passerer løftegass gjennom produksjonsrøret, brønnforingsringrommet og veggen av røret 12 via gassløftinjeksjonsventiler 23. De øvre ventiler 23 på røret 12 representerer et gassløft ved begrenset trykk, mens de nedre ventiler (i dette tilfellet under nivå 22) representerer gassløft ved et høyere trykk. Bobler som dannes i væsken reduserer det hydrostatiske trykk og gjør det mulig for den volumetriske strømningshastighet å øke.

Systemet i figur 4 kan være kombinert med en ytterligere SJP som vist i figur 1 for ytterligere forbedringer av effektivitet.

industriell anvendbarhet

Det vil være klart at systemet ifølge oppfinnelsen kan sammenstilles fra tilgjengelige oljeproduksjonskomponenter ved et brønnsted. Alternativt kan komponentene produseres for spesifikk kompatibilitet, dvs. tilpasset til å samvirke med hverandre for best ytelse.

Claims (14)

1. Forbedret gassløftsystem for bruk ved produksjon av fluid fra et brønnhull, omfattende: en injektor for tilførsel avgass under trykk til brønnhullet; et brønnhode; et rør som strekker seg fra brønnhodet ned i brønnhullet; en flerhet av åpninger eller ventiler ved forskjellige dybder på røret for å tillate inntrengning av injisert gass for å hjelpe fluider som strømmer oppover gjennom røret ved å redusere det hydrostatiske trykk; videre omfattende en forsterkerenhet nedstrøms av brønnhodet for å redusere strømningstrykket ved brønnhodet og som er i stand til å slippe ut produserte fluider ved et trykk som kreves av et nedstrøms produksjonssystem.

2. Gassløftsystem ifølge krav 1, idet forsterkerenheten er en overflatestrålepumpe.

3. Gassløftsystem ifølge krav 2, idet strålepumpen ved overflaten utnytter en drivende strømning hvis kilde er en eller flere av de følgende: høytrykksgass; høytrykks olje og/ eller gass fra én eller flere høytrykksbrønner; høytrykks væskefase (olje eller vann) som allerede er forsterket av andre grunner.

4. Gassløftsystem ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, omfattende en ytterligere forsterkerenhet installert oppstrøms av injektoren for å øke trykket av løftegass.

5. Gassløftsystem ifølge krav 4, idet den ytterligere forsterkerenheten er en overflatestrålepumpe.

6. Forbedret gassløftsystem for bruk ved produksjon av fluid fra et brønnhull, omfattende: en injektor for tilførsel av gass under trykk til brønnhullet; et brønnhode; et rør som strekker seg fra brønnhodet ned i brønnhullet; en flerhet av åpninger eller ventiler ved forskjellige dybder på røret for å tillate inntrengning av injisert gass for å hjelpe fluid som strømmer oppover gjennom røret ved å redusere det hydrostatiske trykk; videre omfattende en forsterkerenhet oppstrøms for injektoren for å øke trykket av løftegassen.

7. Gassløftsystem ifølge krav 6, idet forsterkerenheten er en overflatestrålepumpe.

8. Gassløftsystem ifølge krav 6 eller 7, videre omfattende en andre forsterkerenhet nedstrøms av brønnhodet for å redusere strømningstrykket ved brønnhodet og som er i stand til å slippe ut produserte fluider ved et trykk som kreves av et nedstrøms produksjonssystem.

9. Gassløftsystem ifølge krav 8, idet den andre forsterkerenheten er en overflatestrålepumpe.

10. Gassløftsystem ifølge krav 7, idet strålepumpen ved overflaten er konfigurert for å motta lavtrykks injeksjonsgass inn i et første innløp, idet strømningshastigheten for gassen ved det første innløp blir økt med en høytrykks drivende strømning som er i stand til å bli mottatt i et andre innløp på nedstrømsiden av en resirkuleringssløyfe fra en gassløft-kompressor, idet et utløp av strålepumpen ved overflaten er konfigurert til å levere gass til gassløftkompressoren.

11. Fremgangsmåte ved fluidutvinning fra et brønnhull ved anvendelse av et gassløftsystem som omfatter: en injektor for tilførsel av gass under trykk til brønnhullet; et brønnhode; et rør som strekker seg fra brønnhodet ned i brønnhullet; en flerhet av åpninger eller ventiler ved forskjellige dybder på røret for å tillate inntrengning av injisert gass for å hjelpe fluider som strømmer oppover gjennom røret ved å redusere det hydrostatiske trykk; idet fremgangsmåten videre omfatter å tilveiebringe en overflatestrålepumpe, nedstrøms av brønnhodet, for å redusere strømningstrykket ved brønnhodet og som er i stand til å slippe ut produserte fluider ved et trykk som kreves av et nedstrøms produksjonssystem; idet strålepumpen ved overflaten utnytter en drivende strømning hvis kilde er én eller flere av de følgende: høytrykksgass; høytrykks olje og/ eller gass fra én eller flere høytrykksbrønner; høytrykks væskefase (olje eller vann) som allerede er forsterket av andre grunner.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, omfattende å tilveiebringe en ytterligere overflatestrålepumpe, oppstrøms for injektoren, for å øke trykket av løftegassen.

13. Fremgangsmåte for fluidutvinning fra et brønnhull ved anvendelse av et gassløftsystem som omfatter: en injektor for tilførsel avgass under trykk til brønnhullet; et brønnhode; et rør som strekker seg fra brønnhodet ned i brønnhullet; en flerhet av åpninger eller ventiler ved forskjellige dybder på røret for å tillate inntrengning av injisert gass for å hjelpe fluider som strømmer oppover gjennom røret ved å redusere det hydrostatiske trykk; idet fremgangsmåten videre omfatter å tilveiebringe en overflatestrålepumpe, nedstrøms av brønnhodet, for å redusere strømningstrykket ved brønnhodet og som er i stand til å slippe ut produserte fluider ved et trykk som kreves av et nedstrøms produksjonssystem; idet strålepumpen ved overflaten er konfigurert for å motta lavtrykks injeksjonsgass inn i et første innløp, idet strømningshastigheten for gassen ved det første innløp blirøket med en høytrykks drivende strømning som er i stand til å bli mottatt inn i et andre innløp på nedstrømsiden av en resirkuleringssløyfe fra en gassløftkompressor, idet et utløp av overflatestrålepumpen er konfigurert til å levere gass til gassløftkompressoren.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, omfattende å tilveiebringe en andre overflatestrålepumpe nedstrøms av brønnhodet for å redusere det strømmende brønnhodetrykk og som er i stand til å slippe ut produserte fluider ved et trykk som kreves av en nedstrøms produksjonssystem; idet den andre overflatestrålepumpe utnytter en drivende strømning hvis kilde er valgt fra én eller flere av de følgende: høytrykksgass; høytrykks olje og/ eller gass fra én eller flere høytrykksbrønner; høytrykk væskefase (olje eller vann) som allerede er forsterket av andre grunner.