RU2287670C2

RU2287670C2 - Method for adjusting productiveness of electric centrifugal pump and device for realization of method

Info

Publication number: RU2287670C2
Application number: RU2004128820/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иосифович Сагаловский (RU); Владимир Иосифович Сагаловский; Андрей Владимирович Сагаловский (RU); Андрей Владимирович Сагаловский; Артем Савельевич Говберг (RU); Артем Савельевич Говберг; Ольга Николаевна Гмызина (RU); Ольга Николаевна Гмызина; Дмитрий Александрович Шкадь (RU); Дмитрий Александрович Шкадь
Original assignee: "Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования" ("Црно")
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-11-20
Also published as: RU2004128820A

Abstract

FIELD: technology for controlling productiveness of electric centrifugal pump plants, used in oil industry for extracting oil, in particular for extracting oil from low debit wells.

SUBSTANCE: in accordance to method for adjusting productiveness of electric centrifugal pump plant during oil extraction, electric centrifugal pump is periodically enabled and disabled. When electric centrifugal pump is enabled, part of bed fluid is fed to ground equipment. Remaining part of bed fluid is accumulated in submersible part of electric centrifugal pump plant and fed to ground equipment when electric centrifugal pump is disabled using hydraulic accumulator. Device includes a tubing string, electric centrifugal pump plant with electric centrifugal pump itself and a control station. Control station has programmable device for automatic repeated activation of electric centrifugal pump. At outlet of electric centrifugal pump hydraulic accumulator is mounted. At outlet of electric centrifugal pump plant, adjustable throttle is mounted.

EFFECT: increased efficiency of electric centrifugal pump plants used in low debit wells, increased lifetime of ground-based equipment, increased periods between maintenance for electric centrifugal pump and submersible electric engine and increased oil yield.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретения относятся к способу регулирования производительности установок электроцентробежных насосов (УЭЦН), используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти, в частности для добычи нефти из малодебитных скважин.The invention relates to a method for controlling the performance of electric centrifugal pump units (ESPs) used in the oil industry for oil production, in particular for oil production from low-production wells.

Основной проблемой при добыче нефти из малодебитных скважин является значительное снижение динамического уровня в скважине в случае превышения производительности УЭЦН дебита скважины. Это требует использования электроцентробежных насосов (ЭЦН) малой производительности, которые имеют небольшой КПД. Но даже в этом случае для поддержания заданного динамического уровня в скважине требуется регулирование производительности УЭЦН.The main problem in oil production from low-production wells is a significant decrease in the dynamic level in the well if the ESP production rate exceeds the well’s output. This requires the use of low-performance electric centrifugal pumps (ESPs), which have low efficiency. But even in this case, to maintain a given dynamic level in the well, it is necessary to control the performance of the ESP.

Известен способ регулирования производительности УЭЦН путем регулирования частоты вращения центробежного насоса с помощью станций управления. С установленной в УЭЦН системой телеметрии такой способ позволяет поддерживать заданный динамический уровень в скважине (см. Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти", МФ "Технонефтегаз", Москва, 1999 г., стр.519).A known method of regulating the performance of ESPs by adjusting the speed of a centrifugal pump using control stations. With the telemetry system installed in the ESP, this method allows you to maintain a given dynamic level in the well (see the international translator "Installations of submersible centrifugal pumps for oil production", MF Technoneftegaz, Moscow, 1999, p. 519).

Недостатком этого способа регулирования производительности УЭЦН является то, что для поддержания заданного динамического уровня в малодебитной скважине требуется снижение частоты вращения ЭЦН. Это приводит как к снижению КПД центробежного насоса, так и к снижению создаваемого им напора, что может привести к срыву подачи.The disadvantage of this method of controlling the ESP performance is that in order to maintain a given dynamic level in a low-production well, a reduction in the ESP rotation frequency is required. This leads to both a decrease in the efficiency of the centrifugal pump and a decrease in the pressure created by it, which can lead to a feed failure.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ регулирования производительности УЭЦН путем периодического включения и отключения ЭЦН. Устройство, реализующее такой способ, состоит из ЭЦН и станции управления, имеющей программное устройство автоматического повторного включения (см. Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти", МФ "Технонефтегаз", Москва, 1999 г., стр.485-490).Closest to the claimed method is a method of regulating the performance of ESPs by periodically turning on and off the ESP. A device that implements this method consists of an ESP and a control station having a software automatic restart device (see International Translator "Installing Submersible Centrifugal Pumps for Oil Production", MF Technoneftegaz, Moscow, 1999, pp. 485-490 )

Недостатком такого способа регулирования производительности УЭЦН является то, что при отключенном состоянии ЭЦН прерывается подача пластовой жидкости к наземному оборудованию. Время отключенного состояния ЭЦН определяется, исходя из соотношения производительности ЭЦН и дебета скважины, и может достигать 15 и более часов, что отрицательно сказывается на работе наземного оборудования, особенно в зимнее время. В условиях низких температур отсутствие подачи пластовой жидкости к наземному оборудованию в течение длительного времени может привести к выходу его из строя. Кроме того, длительное отсутствие отбора пластовой жидкости приводит к значительному повышению динамического уровня, что отрицательно сказывается на работе нефтяного пласта.The disadvantage of this method of controlling the ESP performance is that when the ESP is switched off, the supply of formation fluid to the ground equipment is interrupted. The time of the shutdown state of the ESP is determined based on the ratio of the ESP productivity and the debit of the well, and can reach 15 or more hours, which negatively affects the operation of ground equipment, especially in winter. At low temperatures, the lack of supply of formation fluid to ground equipment for a long time can lead to failure. In addition, the long absence of reservoir fluid selection leads to a significant increase in the dynamic level, which negatively affects the operation of the oil reservoir.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в создании способа регулирования производительности УЭЦН, для поддержания заданного динамического уровня в скважине, при котором обеспечивается непрерывная подача пластовой жидкости к наземному оборудованию без снижения КПД УЭЦН.The problem to which this invention is directed is to create a method for controlling the ESP performance, to maintain a given dynamic level in the well, in which a continuous supply of formation fluid to the ground equipment is provided without reducing the ESP efficiency.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении КПД УЭЦН, используемых в малодебитных скважинах, повышении долговечности наземного оборудования, увеличении межремонтного периода для ЭЦН и погружного электродвигателя и увеличении нефтеотдачи пласта.The technical result that can be obtained by using the invention is to increase the efficiency of ESPs used in low-yield wells, increase the durability of surface equipment, increase the overhaul period for ESPs and a submersible motor, and increase oil recovery.

Сущность изобретения в части способа состоит в том, что регулирование производительности УЭЦН осуществляется путем периодического включения и отключения ЭЦН, при этом при включенном ЭЦН часть пластовой жидкости подается к наземному оборудованию, а часть пластовой жидкости накапливается в УЭЦН и подается к наземному оборудованию при отключенном ЭЦН.The essence of the invention in terms of the method lies in the fact that the performance of the ESP is carried out by periodically turning on and off the ESP, while with the ESP turned on, part of the reservoir fluid is supplied to the ground equipment, and part of the reservoir fluid is accumulated in the ESP and fed to the ground equipment when the ESP is turned off.

В частном случае реализации способа расход пластовой жидкости, подаваемой к наземному оборудованию, устанавливается равным дебету скважины путем изменения гидравлического сопротивления на выходе из ЭЦН. В конкретных условиях использования способа момент включения и отключения ЭЦН определяется в зависимости от объема пластовой жидкости, накопленной в УЭЦН, или в зависимости от изменения динамического уровня в скважине.In the particular case of the method, the flow rate of the formation fluid supplied to the ground equipment is set equal to the debit of the well by changing the hydraulic resistance at the outlet of the ESP. In specific conditions of using the method, the moment of switching on and off the ESP is determined depending on the volume of reservoir fluid accumulated in the ESP, or depending on the change in the dynamic level in the well.

Сущность изобретения в части устройства состоит в том, что для осуществления заявляемого способа установка, содержащая ЭЦН и станцию управления, имеющую программное устройство автоматического повторного включения, снабжена гидравлическим аккумулятором, размещенным на выходе из ЭЦН, и регулируемым дросселем, размещенным на выходе из установки.The essence of the invention in terms of the device consists in the fact that for the implementation of the proposed method, the installation containing the ESP and a control station having a software device for automatic restart is equipped with a hydraulic accumulator located at the outlet of the ESP and an adjustable throttle located at the outlet of the installation.

В частном случае реализации устройства гидравлический аккумулятор снабжен датчиком, определяющим степень его наполнения, а установка снабжена системой телеметрии, определяющей динамический уровень в скважине.In the particular case of the implementation of the device, the hydraulic accumulator is equipped with a sensor that determines the degree of filling, and the installation is equipped with a telemetry system that determines the dynamic level in the well.

В конкретных условиях использования, в частности при большом содержании в пластовой жидкости газа, в устройстве в качестве гидравлического аккумулятора может быть использована колонна НКТ.In specific conditions of use, in particular with a high gas content in the formation fluid, a tubing string can be used as a hydraulic accumulator in the device.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема установки для осуществления заявляемого способа регулирования производительности.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of an installation for implementing the inventive method of regulating performance.

Установка состоит из ЭЦН 1, погружного электродвигателя 2 и станции управления 3. На выходе из ЭЦН 1 размещен гидравлический аккумулятор 4, а на выходе из установки размещены регулируемый дроссель 5 и расходомер 6. Гидравлический аккумулятор 4 снабжен датчиком 7, определяющим степень его наполнения. Установка снабжена системой телеметрии 8, определяющей динамический уровень А в скважине. Сигналы от датчика 7 и системы телеметрии 8 передаются на станцию управления 3. В зависимости от характеристики скважины в качестве ЭЦН 1 могут выбираться стандартные ЭЦН, но с производительностью, заведомо превышающей дебет скважины, а следовательно, имеющие более высокий КПД. В качестве погружного электродвигателя 2 могут использоваться вентильные двигатели, позволяющие производить повторный пуск установки с достаточно большой частотой. Гидравлический аккумулятор 4 может иметь конструкцию, аналогичную конструкции гидравлической защиты погружного электродвигателя, с использованием в качестве упругого элемента сжатый газ.The installation consists of an ESP 1, a submersible motor 2 and a control station 3. A hydraulic accumulator 4 is placed at the outlet of the ESP 1, and an adjustable throttle 5 and a flow meter are located at the outlet of the installation. The hydraulic accumulator 4 is equipped with a sensor 7 that determines the degree of filling. The installation is equipped with a telemetry system 8, which determines the dynamic level A in the well. The signals from the sensor 7 and the telemetry system 8 are transmitted to the control station 3. Depending on the well’s characteristics, standard ESPs can be selected as ESP 1, but with a productivity that is clearly higher than the well’s debit and, therefore, having higher efficiency. As a submersible electric motor 2, valve motors can be used, allowing the unit to be restarted at a sufficiently high frequency. The hydraulic accumulator 4 may have a structure similar to that of the hydraulic protection of the submersible motor, using compressed gas as an elastic element.

Заявляемый способ осуществляется при работе установки следующим образом. После пуска установки, с помощью регулируемого дросселя 5 ограничивают расход жидкости, подаваемой к наземному оборудованию. По расходомеру 6 можно проконтролировать этот расход и сделать его равным дебету скважины. С помощью станции управления поддерживается оптимальный с точки зрения КПД режим работы данного ЭЦН. Так как производительность ЭЦН 1 превышает расход жидкости, подаваемой к наземному оборудованию, то излишек пластовой жидкости накапливается в гидравлическом аккумуляторе 4. При наполнении гидравлического аккумулятора до определенной степени по сигналу датчика 7 станция управления 3 отключает погружной электродвигатель 2 и откачка пластовой жидкости из скважины прекращается. При этом подача пластовой жидкости к наземному оборудованию продолжается, так как к нему начинает поступать пластовая жидкость, накопленная в гидравлическом аккумуляторе 4. Таким образом, обеспечивается непрерывная работа наземного оборудования. После того как объем жидкости, оставшейся в гидравлическом аккумуляторе 4, достигнет определенного предела, по сигналу датчика 7 станция управления 3 вновь включает погружной электродвигатель 2 и цикл повторяется.The inventive method is carried out when the installation is as follows. After starting the installation, using an adjustable throttle 5 limit the flow of fluid supplied to the ground equipment. By flow meter 6, you can control this flow and make it equal to the debit of the well. Using the control station, the optimal operating mode of this ESP is maintained in terms of efficiency. Since the capacity of the ESP 1 exceeds the flow rate of the fluid supplied to the ground equipment, the excess formation fluid accumulates in the hydraulic accumulator 4. When the hydraulic accumulator is filled to a certain extent by the signal of the sensor 7, the control station 3 turns off the submersible motor 2 and the pumping of the reservoir fluid from the well stops. In this case, the supply of formation fluid to the ground equipment continues, since formation fluid accumulated in the hydraulic accumulator 4 begins to flow to it. Thus, continuous operation of the ground equipment is ensured. After the volume of liquid remaining in the hydraulic accumulator 4 reaches a certain limit, at the signal of the sensor 7, the control station 3 again turns on the submersible motor 2 and the cycle repeats.

Производительность ЭЦН 1 и рабочий объем гидравлического аккумулятора 4 выбирается, исходя из оптимальной цикличности включения и отключения погружного электродвигателя 2 и изменения динамического уровня при работе установки в заданных пределах. Если в процессе эксплуатации скважины ее дебет измениться и при работе установки с прежней цикличностью изменение динамического уровня выйдет за установленные пределы, включение и отключение погружного электродвигателя 2 будет производиться станцией управления 3 по сигналам системы телеметрии 8, определяющей динамический уровень в скважине.The performance of the ESP 1 and the working volume of the hydraulic accumulator 4 is selected based on the optimal cycling of the on and off of the submersible motor 2 and the change in the dynamic level during operation of the installation within specified limits. If during the operation of the well its debit changes and during operation of the unit with the same cycle the dynamic level changes beyond the set limits, the submersible motor 2 will be turned on and off by the control station 3 using signals from the telemetry system 8 that determines the dynamic level in the well.

Использование заявленного способа регулирования производительности УЭЦН, реализованного в заявленном устройстве, позволяет значительно повысить КПД УЭЦН, используемых в малодебитных скважинах, за счет применения более производительных насосов и эксплуатации их в оптимальных режимах; повысить долговечность наземного оборудования за счет обеспечения его работы в постоянном режиме; увеличить межремонтный период для ЭЦН и погружного электродвигателя за счет значительного сокращения времени их включенного состояния.The use of the claimed method for regulating the performance of ESPs implemented in the claimed device can significantly increase the efficiency of the ESPs used in low-production wells due to the use of more efficient pumps and their operation in optimal conditions; increase the durability of ground equipment by ensuring its operation in a constant mode; increase the overhaul period for the ESP and the submersible motor due to a significant reduction in the time of their on state.

Claims

1. The method of regulating the performance of the installation of an electric centrifugal pump in oil production, which consists in the fact that during oil production periodically turn on and off the electric centrifugal pump - ESP, while with the ESP switched on, part of the formation fluid is supplied to the ground equipment, and part of the formation fluid is accumulated in the submersible parts of the ESP installation and feed it to the ground equipment when the ESP is switched off using a hydraulic accumulator.

2. The method according to claim 1, characterized in that the flow rate of the reservoir fluid supplied to the ground equipment is set equal to the flow rate of the well by changing the hydraulic resistance at the outlet of the ESP installation.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the moment of switching on and off the ESP is determined depending on the volume of reservoir fluid accumulated in the ESP installation or depending on the change in the dynamic level in the well.

4. The device for controlling the productivity of the installation of an electric centrifugal pump for oil production, including a tubing string, the installation of an electric centrifugal pump - an ESP with an ESP itself, and a control station with a software device for automatically restarting the ESP, while a hydraulic accumulator is placed at the outlet of the ESP and at the outlet of the ESP installation, an adjustable choke.

5. The device according to claim 4, characterized in that the battery is equipped with a sensor to determine the degree of filling, and the installation is equipped with a telemetry system to determine the dynamic level in the well.

6. The device according to claim 4, characterized in that the tubing string is used as a hydraulic accumulator.