Технологические аспекты регулирования систем поддержания пластового давления

Тюменский ГНГУ, г. Тюмень, Россия

Для технических гидросистем (ТГ) со сложной структурой, представленной сетью трубопроводов, множеством насосных агрегатов, трубопроводной арматуры и скважин задача оптимального и оперативного регулирования гидравлических режимов (давлений и расходов жидкости) работы скважин и др. элементов является актуальной. Суть известных способов решения данной задачи, в большинстве гидросистем нефтяных промыслов, сводится к варьированию технических показателей гидросистемы таким образом, чтобы обеспечить заданные технологией гидравлические параметры в наиболее ответственных участках гидросистемы. На примере гидросистем поддержания пластового давления (ППД) это приемистость в каждой скважине нагнетательного фонда. В качестве устройств (средств) для изменения давления и расхода жидкости в большинстве гидросистем применяются штуцеры, диафрагмы, клапанная или золотниковая запорная арматура (ЗА), необходимые для создания дополнительного гидравлического сопротивления на опре- деленных участках схемы. Их применение позволяет управлять потокораспределением [1, 4, 5].

Согласно проведенному анализу в предыдущих работах [2, 3, 6, 7], следует полагать, что наиболее рациональным является процесс автоматического (в отношении динамичных технических показателей) регулирования гидросистем, так как иные способы во многом опираются на последовательный подбор, требующий существенных затрат и носящий неопределенный характер, вследствие возникновения нестационарных процессов в системе [8, 9, 10].

Основная проблема автоматического управления гидросистемой заключается в следующем: при изменении технического показателя (например, положения затвора) хотя бы в одном элементе влечет изменение гидравлических параметров (температуры, расхода и давления жидкости) во всех элементах гидросистемы. Поэтому описать постоянный закон управления запорной арматурой невозможно, вследствие постоянного изменения состояния гидросистемы: включение/отключение скважин, насосов, перекрытие линий, износ элементов и т.п. [11, 12]. В связи с этим необходимо применение автономных гидравлических регуляторов (ГР), которые должны обеспечивать оперативное и максимально локализованное воздействие на ТГ.

Основными технологическими задачами ГР, предлагаемого к использованию в данной статье, являются следующие требования: 1. удержание в определенном диапазоне величины объемного расхода жидкости в каждую скважину или куст; 2. удержание давления в определенном диапазоне, который устанавливается в качестве оптимального: для гидросистем ППД – верхний предел давления гидравлического разрыва пласта, для систем нефтесбора – верхний предел напряжения в трубах, обусловленный их прочностью; 3. перемещение затвора не должно вызывать гидравлических ударов; 4. время принудительного изменения положения затвора должно быть более расчетного времени выхода системы на стационарный режим [2]; 5. При установке регуляторов в гидросистему должно выполняться условие, при котором более одного регулятора не могут быть установлены в линейной структурной взаимосвязи (грубо на одной линии); 6. При установке регуляторов в гидросистему должно выполняться условие, при котором в древовидной структуре не могут быть установлены регуляторы на всех ветвях: количество регуляторов должно быть меньше или равно N v – 1, где N V – количество ветвей.

Таким образом, при установке регуляторов в гидросистему должны выполняться условия: более одного регулятора не должно быть установлено в линейной структурной взаимосвязи; количество регуляторов должно быть меньше или равно коли- честву ветвей, соединенных с общим узлом, минус одна в системах с сетевой древовидной структурой. Последовательные приближения при установлении необходимого положения затвора позволяют вывести систему на требуемый стационарный режим за конечное время. Выполнение условия скорости перемещения затворов в дросселирующей арматуре позволяет избежать факторов образования «взаимо-возбуждающих» гидравлических волн.