О сокращении потерь в системе ППД

История проблемы

    Наиболее распространённым в мировой практике методом поддержания пластового давления (ППД) является метод, основанный на закачивании в пласт воды через нагнетательные скважины. Считается, что наилучшей средой для закачивания в нефтяные пласты является подземная минерализованная вода, которая способна не только поддерживать энергию давления пласта, но и повышать нефтеотдачу на 5…10 % эффективнее  пресной воды. Наряду с положительным эффектом, минерализованная вода обладает и вредными свойствами, такими как коррозионное воздействие на трубопроводную сеть и нефтепромысловое оборудование, имеющее прямой контакт с такой водой. И если для  трубопроводной сети и оборудования не применять защитные технологии, то  за короткий срок инфраструктура системы ППД начнёт проявлять свои "болезни". Эта проблема не обходит стороной и приборы учёта воды, которые также очень быстро могут терять свои конструктивные и функциональные качества под воздействием пластовых минерализованных вод, если при их разработке и производстве не позаботиться о вредных условиях эксплуатации.

           Сегодня с уверенностью можно утверждать, что проблема учёта воды в системе ППД имеет решение. И если ещё в недалёком прошлом стояла задача точности определения количества расходуемой воды в системе ППД, то сегодня приборы учёта воды обладают функциональными возможностями не просто измерять количество закачиваемой жидкости, но и решать задачи по определению инцидентов, относящихся к порывам трубопроводов, неисправности запорной арматуры, возможным нарушениям конструкции нагнетательных скважин и прочих энергетических потерь.

     Сегодня с уверенностью можно утверждать, что проблема учёта воды в системе ППД имеет решение. И если ещё в недалёком прошлом стояла задача точности определения количества расходуемой воды в системе ППД, то сегодня приборы учёта воды обладают функциональными возможностями не просто измерять количество закачиваемой жидкости, но и решать задачи по определению инцидентов, относящихся к порывам трубопроводов, неисправности запорной арматуры, возможным нарушениям конструкции нагнетательных скважин и прочих энергетических потерь.

 Решение задачи

      Решить задачу фиксации событий несанкционированного изменения режимов работы, обусловленнных наличием потерь, до недавнего времени было практически невозможно. В системе ППД применялись, а  во многих компаниях применяются и сегодня, расходомеры, которые могут измерять расход воды только в одном направлении, а то количество воды, которое  протекает в обратном направлении, остаётся неучтённым. По этой причине практически все АСУТП спроектированы так, что съём телеметрических данных с расходомеров производится только в период нагнетания воды в разрабатываемый пласт. После остановки насосных агрегатов в большинстве случаев потоки не прекращаются, а происходит их перераспределение. И часть потоков, которые принимают обратное направление при возможных изливах, остаются неучтёнными. Для исключения дисбаланса потоков воды и во избежание "информационных шумов", поступающих от приборов учёта в моменты переходных процессов, когда измерения производятся за границей нормируемой погрешности, в системах АСУТП после остановки насосных агрегатов на КНС формируется сигнал запрета считывания телеметрических данных, и с этого момента потоки воды в системе ППД не контролируются. Периодические измерения с помощью накладных расходомеров в разные моменты времени, производимые технологическим персоналом, не позволяют дать достоверную системную оценку состояния разветвлённых потоков в системе "пласт-скважина-трубопровод-коллектор_БГ-трубопровод-скважина-пласт". В такой сложной распределённой системе это можно сделать только при синхронном измерении потоков воды для каждого направления потока. 

         Появление в 2000-е годы реверсивных расходомеров, способных измерять расход в прямом и обратном направлениях, принципиально ничего не изменило, т.к. эти приборы имели низкую надёжность и слабую метрологическую устойчивость к минеральной среде. К примеру,  электромагнитные расходомеры "ВЗЛЁТ-ППД" на отдельных месторождениях буквально через две-три недели эксплуатации  теряли свои метрологические характеристики.   Поэтому, по сложившейся практике прошлых лет от безысходности и недоверия к средствам измерений многие нефтяные компании продолжают закрывать глаза на нерешённые проблемы и хронические  "болезни" в системе ППД.  

     Научно-технический прогресс не стоит на месте, и сегодня на рынке появились расходомеры, способные решить задачу учёта, независимо от направлений потока в сложной инженерной системе "пласт-скважина-трубопровод-коллектор_БГ-трубопровод-скважина-пласт". Это позволяет определить эффективность закачки воды и выявить возникающие при этом потери. Специалисты Новосибирского центра разработок средств измерений ООО НТЦ "А2И" за период с 2010 года создали три поколения ультразвуковых реверсивных расходомеров. К ним относятся расходомеры "РАПИРА-ПВ", "РЕЗОНАНС" и последнее решение, учитывающее все достоинства и недостатки предыдущих разработок, а также развитие методов цифровой обработки измерений воплотилось в расходомере "НОТА-В". Все перечисленные расходомеры внешне похожи друг на друга, но в каждом из них свои Ноу-Хау, характеризующие развитие современной измерительной индустрии.

Суть решения задачи

     Результаты лабораторных и нефтепромысловых исследований процессов закачки воды в системе ППД позволяют нам утверждать, что практически во всех системах "пласт-скважина-трубопровод-коллектор_БГ-трубопровод-скважина-пласт" после прекращения нагнетания по отдельным водоводам возникают обратные перетоки. И это нормальное физическое явление, соответствующее природе нефтяных коллекторов, имеющих разные ёмкостные и фильтрационные свойства в призабойных зонах нагнетательных скважин, которые способствуют созданию разных давлений в едином  нефтяном коллекторе. С одной стороны, если нефтяной коллектор после прекращения нагнетания начинает изливать воду в обратном направлении, значит пласт здоров и гидравлически упруг. Но с другой стороны, если на протяжении длительного времени объём перетоков из одной группы скважин в другие не снижается и переходит на постоянный уровень, значит разрабатываемый коллектор постоянно теряет энергию пласта в точках призабойных зон нагнетательных скважин, изливающих воду. Это является прямым признаком разомкнутости системы "пласт-скважина-трубопровод-коллектор_БГ-трубопровод-скважина-пласт", который свидетельствует о наличии потерь. При правильной разработке нефтяных коллекторов длительных постоянных перетоков (более 1-2 суток) быть не должно. Замкнутая система должна прийти в относительное равновесие. Разность давлений при отсутствии нагнетания со стороны КНС в призабойных зонах нагнетательных скважин разрабатываемого коллектора должна соответствовать внутреннему гидродинамическому состоянию пласта, при котором перекачки значительного количества жидкости из одной точки коллектора в другую через наземную трубопроводную сеть за счёт внутренней энергии пласта быть не должно. И если таких перетоков не происходит - это является признаком "здоровой" системы ППД.

Кто является автором идеи

         Идея диагностики "болезни" системы ППД принадлежит специалистам нашего промышленного партнёра НГДУ "Лениногорскнефть" ПАО "Татнефть", которые грамотно поставили перед нами задачу определения потерь и повышения энергоэффективности системы ППД. Синергия взаимодействия инженерного состава НГДУ "Лениногорскнефть" и специалистов инжинирингового центра нашего предприятия позволила создать уникальные алгоритмы определения событий, которые идентифицируются как инциденты, требующие вмешательства в технологический процесс закачки  оперативного персонала или ремонтных бригад.

Партнёрство с НОК

        Для создания эффективных условий проведения исследовательских работ по изучению процессов закачки воды в системе ППД, при содействии и материальной помощи НГДУ "Лениногрскнефть" ПАО "Татнефть", специалисты нашего предприятия разработали и внедрили на кафедре автоматизации и информационных технологий Альметьевского государственного нефтяного института (АГНИ) гидравлический стенд для отработки алгоритмов контроля и управления процессами закачки и определения возникающих при этом потерь. АГНИ является основным учебным заведением научно-образовательного кластера (НОК) по подготовке кадров для нефтегазодобывающей отрасли Республики Татарстан.

Какие у нас планы и над чем мы работаем

         В 2017 году мы планируем довести наши решения для системы ППД до промышленного применения. Наши приборы и автоматизированная система дистанционного контроля и управления (АСДКУ) решают задачу определения "болезни" системы ППД и выявления потерь. 

         Сотрудничество с нашими Казахстанскими коллегами из АО "Мангистаумунайгаз" определило потребность в разработке  устройств дозаторов для дистанционного автоматического управления режимов закачки воды по конкретным нагнетательным скважинам (водоводам). В настоящее время мы приступили к производству опытного образца такого устройства.

         Всегда готовы к сотрудничеству и началу работ по применению Наших решений для снижения Ваших энергетических потерь в системе ППД.

С уважением,

Андрей Викторович Мигачёв