Повышение энергоэффективности добычи нефти

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2013

elib.pstu.ru

УДК 622.276 П42

Рецензенты канд. техн. наук, доцент И.Р. Юшков

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет); канд. техн. наук А.В. Распопов

(Филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» г. Пермь)

П42 Повышение энергоэффективности добычи нефти : учеб. пособие / В.В. Поплыгин, И.Н. Пономарева, А.А. Ерофеев, А.В. Лекомцев. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 94 с.

ISBN 978-5-398-01006-0

Рассмотрены основные вопросы повышения энергоэффективности производственных процессов, связанных с эксплуатацией добывающих и нагнетельных скважин, систем поддержания пластового давления.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения направления 131000 «Нефтегазовое дело».

Учебное пособие выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, со-

глашение 14.B37.21.1543.

УДК 622.276

elib.pstu.ru

elib.pstu.ru

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня проблема энергосбережения в нефтедобывающей промышленности особо актуальна. Снижение энергетических затрат при добыче нефти и попутного нефтяного газа – важное условие рационального природопользования и улучшения экологического состояния природной среды при разработке и эксплуатации нефтяных месторождений.

Затраты энергии при добыче нефти определяются составом

исвойствами добываемой жидкости (газожидкостной смеси), термодинамическими характеристиками скважинных потоков

ипотоков в коммуникациях системы нефтегазосбора, проявлением различных осложнений (обводненность, образование асфальтосмолопарафиновых отложений в скважинах и нефтепроводах и др.).Возрастающее в последние годы энергопотребление на собственные нужды в добыче нефти осложнили развитие этой отрасли. Это, прежде всего, относится к добыче нефти из малодебетных скважин, фонд которых во многих районах нефтедобычи непрерывно растет и является преобладающим.

Учитывая современное состояние, перспективы применения техники и технологии эксплуатации нефтяных скважин, можно говорить о необходимости выявления перспективных направлений, основных факторов низкой эффективности работы скважин

ивыработке новых технических решений, обеспечивающих повышение энергетической эффективности эксплуатации таких скважин.

Выбор наиболее рациональных технологий эксплуатации скважин и нефтегазопромысловых систем, оптимизация применяемого оборудования, режимов откачки и транспортировки добываемой продукции создают основу для снижения энергозатрат и повышения технико-экономических показателей при добыче нефти. Таким образом, учебное пособие ставит целью обобщение знаний в сфере мониторинга и технологий повышения энергоэффективности добычи нефти.

4

elib.pstu.ru

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СУ – скважинная установка; ГИС – геофизические исследования скважин;

ГНО – глубинно-насосное оборудование; ГПН – гидроприводной насос; ГС – горизонт скважины; ГСН – гидроструйный насос;

ГТМ – геолого-техническое мероприятие; КНС – кустовая насосная станция; МРП – межремонтный период; НКТ – насосно-компрессорная труба;

НЭО – наземное энергопотребляющее оборудование; ОПР – опытно-промышленная работа; ОРЭ – одновременно-раздельная эксплуатация; ППД – поддержание пластового давления; ПРС – подземный ремонт скважины; ПЦ – привод цепной; ПЭД – погружной электродвигатель;

СИИС – стационарная информационно-измерительная система;

ТМС – телеметрия скважины; УПК – управляемые устройства контроля;

УСШН – скважинная штанговая насосная установка; ЦОН – центробежно-осевой насос; ЭЦН – электроцентробежный насос.

5

elib.pstu.ru

1. СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ДОБЫЧЕ НЕФТИ

Являясь наиболее энергоемкими процессами, механизированная добыча жидкости и закачка воды требуют постоянного оперативного контроля технического состояния оборудования, любое отклонение в работе которого повышает удельные показатели энергопотребления. Одной из приоритетных задач любой нефтегазодобывающей компании является обеспечение постоянного качественного мониторинга и системного анализа технологических показателей эксплуатации оборудования.

Основным критерием оценки тех или иных мероприятий по улучшению энергоэффективности служит фактическое потребление электроэнергии системой добычи. Поэтому для подсчета количества расходуемой электроэнергии на СУ с частотным преобразователем производства Baker Hughes возможна установка системы энергомониторинга Power Monitor, которая отслеживает напряжение по фазам, силу тока, потребляемую мощность, реактивную мощность, дисбаланс напряжения и силы тока, а также индивидуальные гармоники.

1.1.Мониторинг энергопотребления оборудования для механизированной добычи жидкости

Впредлагаемом учебном пособии вопросы мониторинга энергопотребления будут рассмотрены на примере ведущих нефтедобывающих предприятий.

Так, до 2012 г. в ОАО «Сургутнефтегаз» существовала система расчета удельных норм энергопотребления для механизированной добычи нефти в зависимости от нормообразующих показателей: динамического уровня, газового фактора, КПД насосного оборудования и др. (РД 39-3-934-83). Показатель энергопотребления насосного оборудования скважин контролировался косвенно по нормообразующим показателям, что не по-

6

elib.pstu.ru

зволяло достоверно оценить эффективность мероприятий по оптимизации или внедрению нового насосного оборудования. Оперативный текущий контроль энергопотребления скважин отсутствовал. Далее рассмотрим основные способы и технологии контроля энергопотребления оборудования для механизированной добычи нефти.

1.1.1. Контроль энергопотребления установок электроцентробежных насосов (УЭЦН)

С учетом возможностей станций управления УЭЦН нового поколения, охват которыми составляет 99 % скважин, и блока регистрации данных УЭЦН более чем по 50 показателям проведена небольшая доработка расчета суточного энергопотребления скважины. Выводимая со станции управления УЭЦН активная мощность пересчитывается в нарастающий за время работы показатель расхода электроэнергии.

Насколько энергопотребление скважины оптимально для текущих показателей эксплуатации, можно оценить только после сопоставления добычных возможностей скважин с напорнорасходными характеристиками работающего скважинного оборудования, расчета энергоэффективного дизайна УЭЦН и потерь электроэнергии в кабеле, НКТ и трансформаторе. При этом каждый из оцениваемых показателей состоит из набора параметров, зависящих от сопротивления токоведущих жил погружного кабеля до противодавления, создаваемого системой сбора. Повышение энергоэффективности фонда добывающих скважин требует постоянного оперативного контроля и участия технологических служб.

В ОАО «Сургутнефтегаз» уже более 10 лет проводится работа по сохранению информации о всех показателях работы скважины начиная с момента ее проектирования. Все данные о конструкции, характеристиках скважинного оборудования, ремонтах, показателях эксплуатации (дебите, обводненности, характеристиках пласта, причинах простоя и показателях энергопотребления) сохраняются в НПК «Альфа».

7

elib.pstu.ru

На основании более 50 взаимозависимых показателей работы скважины и характеристик спущенного оборудования в ПС «ЕСРФ» разработан модуль «Энергопотребление механизированного фонда». Ежедневно в программном средстве проводится автоматизированный анализ текущего энергопотребления скважин в сравнении с оптимальными (нормативными) значениями.

Скважины, эксплуатируемые УЭЦН со сверхнормативным расходом электроэнергии, определяются в зависимости от превышения удельного расхода электроэнергии, рассчитываемого по формуле

где Kагр – КПД агрегата; Г – газовый фактор, м3/т; ρнг – плот-

ность нефтяного газа, кг/м3; Ндин – динамический уровень, м; Нуст – напор на устье скважины, м.

Дополнительно модулем «Энергопотребление механизированного фонда» оценивается отклонение текущей потребляемой мощности от ожидаемой (номинальной) потребляемой мощности системы УЭЦН (насос – гидрозащита – газосепаратор – двигатель – кабель – НКТ – трансформатор). Полная схема энергетических, конструкционных и эксплуатационных зависимостей, используемых в этом модуле, представлена ниже.

I. Энергетические зависимости

1.Отклонения фактической удельной нормы расхода электроэнергии от методической (РД 39-3-934-83).

2.Отклонения фактической удельной нормы расхода элек-

троэнергии от пороговой (усредненной) по фонду скважин

сУЭЦН в зависимости от напора.

3.Отклонение фактической активной мощности от номинальной расчетной мощности системы (двигатель – кабель – трансформатор – НКТ) более 10 %, или более 3 кВт.

II. Конструкционные зависимости

1.Повышение напора в процессе эксплуатации более 500 м.

2.Заглубление под динамический уровень (по вертикали) более 800 м.

8

elib.pstu.ru

3. Запас напора УЭЦН при подборе установки менее 200 м. III. Эксплуатационные зависимости

1.Эксплуатация УЭЦН в правой зоне напорно-расходных характеристик

2.Эксплуатация УЭЦН в левой зоне напорно-расходных характеристик.

3.Осложнения: отложения парафина, солей (фонд, осложненный солеотложениями), засорение УЭЦН (большое содержание твердых взвешенных частиц), отсутствие необходимого интервала кривизны ствола скважин.

Итогом ежедневной работы модуля «Энергопотребление механизированного фонда» является формирование отчетных форм по энергопотреблению и отклонениям в работе фонда скважин, а также выделение скважин со сверхнормативным расходом электроэнергии. Предусмотренное в программном средстве соотнесение причин и мероприятий с датой ликвидации сверхнормативного расхода электроэнергии облегчает работу, исключает излишние документооборот и отчетность.

1.1.2.Автоматизация контроля энергопотребления установок скважинных штанговых насосов (УСШН)

В отличие от УЭЦН комплектация УСШН станциями нового поколения с проведением массовой автоматизации является малоокупаемым мероприятием. Потребляемая мощность СШН

истанка-качалки зависит от количества поднимаемой жидкости

ичастоты вращения двигателя. Для данных условий условно-

фактическая активная мощность УСШН рассчитывается по следующей формуле1:

Ni 4,2Dпл2 Lсп nкач /107 ,

где Dпл – диаметр плунжера, мм; Lсп – глубина спуска УСШН; nкач – число качаний балансира станка-качалки.

В результате проведенного энергообследования скважин, эксплуатируемых УСШН, было установлено, что фактическая

1 Формула разработана в ОАО «АзИНМАШ».

9

elib.pstu.ru

потребляемая мощность в 2–4 раза выше рассчитанной по формуле ОАО «АзИНМАШ». Для приведения расчетного энергопотребления УСШН к фактическому выполнен анализ зависимости потребляемой мощности от теоретического дебита исходя из полученного поправочного коэффициента (табл. 1, рис. 1).

Таблица 1 Поправочные коэффициенты энергопотребления УСШН

Рис. 1. Зависимость поправочного коэффициента энергопотребления УСШН от теоретического дебита

10

elib.pstu.ru