Режим работы скважины: основные параметры, выбор и контроль

Стабильная работа скважины зависит не только от возможностей пласта и мощности установленного оборудования. Необходимо правильно подобрать дебит, давление, производительность насоса и другие технологические параметры. Их совокупность образует режим работы скважины.

Ошибки при выборе режима редко остаются без последствий. Чрезмерный отбор жидкости может ускорить обводнение, вызвать поступление песка или привести к перегрузке оборудования. Слишком низкая производительность, напротив, ограничивает добычу, повышает удельные энергозатраты и не позволяет использовать потенциал пласта.

Поэтому режим работы устанавливают не по принципу максимального дебита. Его выбирают с учётом состояния залежи, конструкции скважины, способа эксплуатации, характеристик продукции и возможностей системы сбора. Правильно подобранные параметры обеспечивают устойчивую добычу, снижают риск осложнений и помогают продлить срок службы оборудования.

Что такое режим работы скважины

Режим работы скважины – это совокупность заданных и фактических технологических параметров, которые определяют интенсивность добычи или закачки, условия движения флюида и нагрузку на оборудование.

Для добывающей скважины режим показывает, сколько нефти, газа и жидкости извлекается, при каких давлениях работает пласт и каким способом продукция поднимается на поверхность. Для нагнетательной скважины ключевыми становятся расход закачиваемого агента, устьевое и забойное давление, а также распределение приёмистости по интервалам.

Режим устанавливают индивидуально. Даже соседние скважины, вскрывающие один пласт, могут различаться по проницаемости, обводненности, конструкции, глубине спуска насоса и техническому состоянию. Поэтому одинаковые настройки не гарантируют одинакового результата.

Основные параметры режима

Дебит – объем продукции, получаемой из скважины за единицу времени. Отдельно учитывают дебит нефти, воды, газа и общей жидкости. Высокий дебит жидкости не всегда означает высокую нефтяную добычу: при значительной обводненности основную часть потока составляет вода.

Пластовое давление характеризует энергетическое состояние залежи. Оно показывает, какой запас энергии имеет пласт для перемещения флюида к забою.

Забойное давление действует в рабочем интервале скважины во время эксплуатации. Разность между пластовым и забойным давлением называют депрессией. Именно она создаёт условия для притока нефти, газа или воды из коллектора.

Устьевое давление измеряют на поверхности. Его значение зависит от глубины скважины, состава продукции, давления на забое, диаметра труб и сопротивления системы сбора.

Динамический уровень показывает положение жидкости в затрубном пространстве работающей насосной скважины. По его изменению можно судить, соответствует ли производительность насоса фактическому притоку из пласта.

К параметрам технологического режима также относятся:

• обводненность продукции;газовый фактор;
• давление в затрубном и межколонных пространствах;
• диаметр штуцера;
• подача и частота вращения насоса;
• число качаний и длина хода штанговой установки;
• расход рабочего газа при газлифте;
• температура жидкости и оборудования;
• содержание песка и механических примесей;
• продолжительность рабочих циклов и остановок.

Набор контролируемых показателей зависит от способа эксплуатации. Для электроцентробежного насоса важны ток, загрузка двигателя и температура. Для штанговой установки оценивают наполнение насоса и нагрузки на колонну штанг. Для фонтанной скважины особое значение имеют давления до и после штуцера.

Установленный и фактический режим

Установленный режим содержит целевые значения либо допустимые диапазоны технологических параметров. Его формируют на основании проектных решений, исследований, истории эксплуатации и текущего состояния скважины.

Фактический режим отражает реальные условия работы. Он определяется по замерам дебита, давления, температуры, уровня жидкости и характеристик оборудования.

Расхождение между заданными и фактическими показателями служит основанием для анализа. Оно не всегда связано с неисправностью. Пластовое давление постепенно снижается, обводненность растет, свойства продукции меняются. Настройки, подходившие несколько месяцев назад, могут перестать соответствовать новым условиям.

Почему максимальный дебит не является оптимальным

Высокая суточная добыча выглядит убедительно в отчёте, однако ее нельзя считать единственным критерием эффективности. Скважина должна работать устойчиво, без ускоренного разрушения пласта, перегрузки оборудования и преждевременного обводнения.

Рациональный режим выбирают внутри безопасного диапазона. В нем скважина использует доступный потенциал, сохраняет приемлемую надёжность и не создаёт чрезмерных рисков для разработки месторождения.

Ограничения со стороны пласта

Чтобы увеличить приток, забойное давление снижают, а депрессию повышают. До определенного уровня это приводит к росту дебита. Дальнейшее увеличение депрессии способно вызвать осложнения.

В слабосцементированных коллекторах высокая скорость фильтрации провоцирует вынос песка. Частицы поступают в ствол, разрушают насосы, изнашивают арматуру и могут образовывать пробки.

При наличии подошвенной воды интенсивный отбор ускоряет ее движение к забою. Формируется водяной конус: вода поднимается к интервалу перфорации и занимает всё большую долю в продукции. Похожий процесс возможен возле газовой шапки, когда в скважину начинает поступать свободный газ.

Если забойное давление становится ниже давления насыщения нефти газом, часть растворённого газа выделяется из жидкости. Это меняет свойства потока, увеличивает газосодержание и может ухудшить работу глубинного насоса.

Избыточный отбор также способен перераспределить приток в пользу наиболее проницаемых участков. Менее проницаемые зоны остаются слабо вовлечёнными, из-за чего ухудшается охват запасов.

Ограничения со стороны оборудования

Подъёмная система рассчитана на определённый диапазон расходов, давлений и состава продукции. Работа вне него снижает эффективность и сокращает ресурс оборудования.

Электроцентробежный насос при недостаточном притоке работает с плохим охлаждением. Снижается давление на приёме, увеличивается доля свободного газа, появляются колебания подачи и перегрев двигателя.

Штанговый насос чувствителен к неполному заполнению цилиндра, газу, механическим примесям и динамическим нагрузкам. Увеличение числа качаний не поможет, если пласт не успевает восполнять откачиваемый объем. Установка совершает больше циклов, при этом фактическая добыча растет незначительно.

Для фонтанной скважины чрезмерное открытие штуцера может привести к резкому снижению давления, нестабильному многофазному потоку и ускоренной эрозии устьевого оборудования.

Ограничения системы сбора

Продукция должна пройти по выкидной линии, коллектору, сепараторам и установкам подготовки. Если наземная инфраструктура не принимает дополнительный объем, увеличение дебита отдельной скважины не дает ожидаемого результата.

Повышенный расход одной скважины может увеличить давление в общей сети и ухудшить работу соседних объектов. Поэтому режим выбирают с учётом всей технологической цепочки – от пласта до пункта подготовки продукции.

Как формируется рабочая точка скважины

Устойчивый дебит определяется взаимодействием двух процессов. Первый – поступление флюида из пласта. Второй – его подъем на поверхность и дальнейшее движение по системе сбора.

Рабочая точка возникает там, где возможности пласта совпадают с пропускной способностью подъемной системы.

Приток из пласта

Зависимость дебита от забойного давления называют характеристикой притока. Ее строят по результатам исследований на нескольких режимах либо рассчитывают с учетом свойств коллектора и пластового флюида.

При снижении забойного давления депрессия увеличивается, поэтому пласт способен отдавать больше жидкости. Форма зависимости определяется проницаемостью, толщиной работающего интервала, вязкостью нефти, фазовым состоянием и состоянием призабойной зоны.

Для оценки используют коэффициент продуктивности. Он показывает, какой объем жидкости поступает при единичном изменении депрессии. Снижение коэффициента может указывать на загрязнение призабойной зоны, ухудшение работы перфорации или изменение насыщенности пласта.

Подъем продукции на поверхность

Для подъема жидкости требуется преодолеть гидростатическое давление столба флюида, трение в трубах и сопротивление устьевого оборудования.

С ростом расхода увеличиваются потери давления. При многофазном потоке ситуация усложняется: меняются плотность смеси, газосодержание и структура течения.

Рабочую точку определяют сравнением характеристики притока и характеристики подъема. Такой подход позволяет оценить влияние диаметра насосно-компрессорных труб, давления в системе сбора, обводненности, параметров насоса и размера штуцера.

Рабочая точка со временем смещается. Пластовое давление снижается, растёт доля воды, меняется газосодержание, на стенках труб появляются отложения. По этой причине режим нельзя установить один раз на весь срок эксплуатации.

Режим фонтанной скважины

При фонтанной эксплуатации продукция поднимается на поверхность за счет пластовой энергии и энергии расширяющегося газа. Управление режимом обычно связано с регулированием проходного сечения штуцера и устьевого противодавления.

Увеличение диаметра штуцера снижает сопротивление потоку и часто повышает дебит. Такое изменение проводят постепенно, контролируя давление, обводненность, газовый фактор, пескопроявление и устойчивость работы.

Полное открытие арматуры не является универсальным способом повышения эффективности. Чрезмерный расход может ускорить эрозию оборудования, вызвать нестабильное фонтанирование и вывести скважину за допустимый предел депрессии.

Что учитывают при регулировании

Для фонтанной скважины оценивают:

• буферное и затрубное давление;
• давление в выкидной линии;
• дебит нефти, жидкости и газа;
• размер штуцера;
• температуру продукции;
• содержание воды и механических примесей.

На газовых и газоконденсатных объектах важно поддерживать скорость, достаточную для выноса жидкости. При слишком низком расходе вода и конденсат скапливаются в стволе, увеличивают противодавление и постепенно снижают производительность.

Режим скважины с электроцентробежным насосом

Электроцентробежный насос применяют на скважинах со средними и высокими дебитами жидкости. Режим регулируют частотой вращения, глубиной спуска, характеристиками насоса и сопротивлением наземной сети.

Частотный преобразователь позволяет менять производительность без подъема оборудования. Повышение частоты увеличивает подачу и потребляемую мощность. Снижение частоты уменьшает отбор и нагрузку.

Давление на приеме насоса

Один из ключевых параметров – давление на приеме. Оно должно обеспечивать устойчивое поступление жидкости и ограничивать количество свободного газа.

Если насос откачивает больше, чем пласт способен дать, динамический уровень снижается. Давление на приеме падает, газ выделяется интенсивнее, охлаждение двигателя ухудшается. Результатом становятся колебания подачи, перегрев и остановки по защите.

Слишком высокая производительность также повышает нагрузку на двигатель и износ рабочих ступеней. Слишком низкая подача может вывести насос из эффективного рабочего диапазона.

Решение принимают по совокупности данных:

• току и мощности двигателя;
• температуре;
• давлению на приеме и выкиде;
• динамическому уровню;
• дебиту жидкости;
• частоте вращения;
• газосодержанию продукции.

Ориентация только на ток двигателя дает неполную картину. Его изменение может быть связано с расходом, плотностью жидкости, наличием газа или техническим состоянием установки.

Режим штанговой насосной скважины

Работа штанговой установки определяется длиной хода, числом качаний, диаметром плунжера и коэффициентом наполнения насоса.

Теоретическая подача показывает объем, который насос мог бы перемещать при полном заполнении цилиндра. Фактическая подача обычно ниже из-за утечек, газа, деформации штанг и неполного наполнения.

Почему нельзя бесконечно увеличивать число качаний

Если приток ограничен, повышение частоты работы не обеспечит пропорционального роста добычи. Насос будет совершать больше ходов с неполным заполнением.

Это приводит к ударным нагрузкам, ускоренному износу штанг и клапанов, росту энергопотребления. На искривленных участках повышается трение штанг о трубы.

Для диагностики используют динамограммы. По форме кривой оценивают наполнение насоса, утечки, наличие газа, обрыв штанг и другие отклонения.

Рациональный режим должен согласовывать подачу установки с естественным притоком. Иногда снижение числа качаний увеличивает коэффициент наполнения и уменьшает износ без заметной потери добычи.

Режим газлифтной скважины

При газлифте сжатый газ подают в колонну насосно-компрессорных труб через специальные клапаны. Газ снижает среднюю плотность смеси, благодаря чему продукции требуется меньше энергии для подъема.

Основной регулируемый параметр – расход рабочего газа. Недостаточная подача слабо облегчает столб жидкости. Чрезмерная подача увеличивает скорость потока и потери на трение.

Следовательно, у газлифтной скважины существует оптимальный расход газа. После его достижения дополнительная закачка перестаёт давать значимый прирост жидкости и повышает нагрузку на компрессорную систему.

Режим выбирают с учетом:

• давления нагнетаемого газа;
• глубины рабочего клапана;
• дебита жидкости;
• обводненности;
• устьевого и забойного давления;
• доступной мощности компрессоров.

Если ресурс газа ограничен, его распределяют между скважинами по ожидаемому общему эффекту. Максимальная добыча одной скважины не всегда обеспечивает лучший результат по месторождению.

Непрерывная и периодическая эксплуатация

Большинство продуктивных скважин стремятся эксплуатировать непрерывно. Устойчивый поток снижает количество пусковых нагрузок, облегчает контроль и обеспечивает равномерную работу оборудования.

Периодический режим используют на малодебитных объектах, где постоянная работа насоса или газлифтной системы технически неэффективна.

Во время остановки жидкость накапливается в стволе, динамический уровень повышается. Затем оборудование включают и откачивают накопленный объём.

Как подбирают рабочий цикл

Продолжительность накопления и откачки выбирают по фактическому притоку. Слишком короткий период накопления приводит к работе насоса с недостаточным наполнением. Слишком продолжительная остановка сокращает среднесуточную добычу и может вызвать осаждение песка или охлаждение вязкой нефти.

Частые пуски увеличивают механические и электрические нагрузки. Для УЭЦН они особенно нежелательны, поскольку каждый запуск сопровождается повышенным током и тепловым воздействием на двигатель.

Периодический режим следует отличать от неустойчивой работы. Самопроизвольные остановки, газовые срывы и чередование выбросов жидкости не считаются нормальным циклом, если они не предусмотрены технологией.

Как устанавливают режим работы скважины

Установление режима начинается со сбора данных и заканчивается промысловой проверкой. Расчёт показывает предполагаемую рабочую область, реальные замеры подтверждают или уточняют ее.

Сбор исходной информации

Специалисты анализируют:

• конструкцию скважины;
• интервалы перфорации;
• пластовое давление и температуру;
• свойства нефти, воды и газа;
• результаты гидродинамических исследований;
• текущую обводненность и газовый фактор;
• состояние обсадной колонны и НКТ;
• характеристики подъемного оборудования;
• историю ремонтов и осложнений;
• ограничения системы сбора.

Качество исходных данных напрямую влияет на результат. Ошибка в дебите, забойном давлении или обводненности приводит к неверной оценке продуктивности.

Исследование на нескольких режимах

Скважину последовательно переводят на несколько значений расхода. На каждом этапе измеряют дебит, давление и состав продукции.

После изменения штуцера, частоты насоса или другого параметра системе требуется время для стабилизации. Слишком ранний замер отражает переходный процесс и может привести к ошибочному выводу.

Исследование помогает определить зависимость притока от депрессии, оценить продуктивность и установить диапазон устойчивой работы.

Определение ограничений

Режим ограничивают по допустимому забойному давлению, выносу песка, обводненности, газосодержанию, нагрузке на оборудование и пропускной способности трубопроводов.

Дополнительные ограничения могут быть связаны с техническим состоянием колонны или устья. Даже если скважина способна дать больший дебит, эксплуатация на предельном давлении может быть небезопасной.

Вывод на режим

После запуска или ремонта параметры меняют постепенно. Повышают частоту насоса, открывают штуцер либо увеличивают подачу рабочего газа небольшими шагами.

На каждом этапе контролируют стабилизацию дебита, давления, уровня и параметров оборудования. Если рост отбора сопровождается появлением песка, быстрым увеличением обводненности или падением давления на приеме насоса, режим корректируют.

Как контролируют работу скважины

Контроль строится на сравнении фактических параметров с установленными диапазонами и предыдущими значениями. Одиночный замер редко дает полную картину. Гораздо важнее изменение показателей во времени.

Оперативные наблюдения

На промысле регулярно измеряют:

• дебит жидкости, нефти и газа;
• обводненность;
• устьевое и затрубное давление;
• температуру;
• динамический уровень;
• ток, мощность и частоту оборудования;
• наличие песка и других примесей.

Частота измерений зависит от состояния объекта. После запуска, ремонта или изменения режима скважина требует более плотного наблюдения. Стабильный объект можно исследовать реже, сохраняя постоянный контроль критических параметров.

Автоматизация и телеметрия

Системы телеметрии передают значения давления, температуры, тока, частоты и других показателей в режиме реального времени. Автоматика может остановить насос при перегреве, перегрузке или критическом снижении уровня.

При этом телеметрия не заменяет инженерный анализ. Один сигнал может иметь несколько причин. Например, снижение тока УЭЦН может указывать на уменьшение подачи, поступление газа или изменение плотности жидкости.

Сигнализацию настраивают так, чтобы она выявляла опасные отклонения и не создавала постоянный поток ложных тревог.

Основные признаки отклонения от режима

Отклонение редко проявляется одним параметром. Для диагноза необходимо сопоставить несколько взаимосвязанных признаков.

Корректировка режима должна следовать после определения причины. Снижение частоты насоса поможет, если установка откачивает больше, чем поступает из пласта. При негерметичности НКТ такая мера лишь временно изменит симптомы.

Режим нагнетательной скважины

Нагнетательная скважина закачивает воду, газ или другой рабочий агент в пласт. Ее задача состоит в поддержании давления и управлении движением флюидов к добывающим объектам.

Основные параметры режима:

• приемистость;
• объем закачки;
• устьевое и забойное давление;
• качество рабочего агента;
• распределение закачки по интервалам;
• изменение давления в окружающих скважинах.

Почему максимальная закачка не всегда полезна

Чрезмерное давление может раскрыть трещины и создать высокопроводящий канал. Вода быстро достигает добывающей скважины, повышает обводненность и обходит часть нефтенасыщенной породы.

Низкое качество закачиваемой воды приводит к кольматации пор. Механические примеси, продукты коррозии и несовместимые соли снижают приёмистость призабойной зоны.

Поэтому режим нагнетания выбирают с учётом допустимого давления, свойств пласта и реакции добывающего фонда. Важен не только объём закачанной воды, но и то, как она распределяется внутри залежи.

Когда режим необходимо пересматривать

Параметры корректируют после заметного изменения условий работы. Основанием могут стать снижение пластового давления, рост обводненности, изменение газового фактора, ремонт или замена оборудования.

Пересмотр требуется после обработки призабойной зоны, гидроразрыва, повторной перфорации и подключения нового интервала. Такие операции меняют продуктивность, поэтому прежние настройки могут оказаться неподходящими.

На режим влияют и внешние изменения:

• ввод соседних добывающих или нагнетательных скважин;
• изменение давления в системе сбора;
• запуск нового трубопровода;
• ограничение работы установки подготовки;
• изменение доступной мощности энергоснабжения;
• остановка компрессорной станции.

После длительной остановки скважину заново выводят на режим. Сразу возвращать максимальные настройки рискованно: за время простоя могли измениться уровень жидкости, температура, давление и состояние оборудования.

Как оценивают качество выбранного режима

Первый критерий – устойчивость. Дебит и давления не должны хаотично колебаться, оборудование не должно регулярно останавливаться по защите.

Второй критерий – соблюдение геологических ограничений. Контролируют темп обводнения, вынос песка, прорыв газа и изменение пластового давления.

Третий критерий – эффективность подъема. Полезную добычу сопоставляют с энергопотреблением, расходом рабочего газа, частотой ремонтов и ресурсом оборудования.

Четвертый критерий – влияние на месторождение. Увеличение добычи одной скважины способно ухудшить охват пласта или изменить работу соседних объектов. Поэтому оптимизацию часто проводят не по отдельной скважине, а по группе или всему участку.

Правильно подобранный режим не обязательно даёт самый высокий суточный дебит. Его преимущество проявляется в устойчивой добыче, длительном межремонтном периоде и контролируемом изменении залежи.

Популярные статьи в категории:

01.12.2020

103698

Экологические проблемы нефтяной промышленности

10.10.2020

47382

Как работают зарубежные нефтяники?

17.07.2020

7292

Как стать геологоразведчиком?