Methods of Well Operation for the Use of Formation Gas-Saturated Waters in Water-Gas Stimulation Technologies

A comprehensive water alternating gas (WAG) technology for recovery of associated petroleum gas (APG) from the annulus of production pumping wells has been proposed for use at the Romashkinskoye field. The developed pump-ejector system (PES) with a booster pump for WAG has been installed at one of the field's well pads. Previous studies have identified the problem of gas hydrate formation under the thermodynamic conditions of freshwater injection with rich associated gas from Devonian oil at the Romashkinskoye field. It has been shown that using saline, highly mineralized formation water is advisable to prevent hydrate formation during WAG. The objective of this study is to study various well operation methods for recovery of highly mineralized formation water and to implement one of them in WAG technology at the field. For industrial operation, various options for the selection of highly mineralized gas-saturated formation water for the purpose of water-gas stimulation from the production well of the well cluster were considered. During pumping operations, gravity-based downhole separation of oil and water occurs at the pump intake. This can complicate pumping operations, but technical solutions exist that ensure the oil-water separation process while eliminating the risk of this complication. Downhole separation can be used to separate and subsequently recover gas-saturated water for water-gas stimulation. However, existing downhole gravity-based oil-water separation technologies have not gained widespread acceptance. The reasons for this include the insufficient efficiency of gravity separation, as well as difficulties in equipment layout and process implementation. Downhole centrifugal oil-water separation technology may prove more effective than gravity-based separation. The implementation of a dual-flow system with an electric centrifugal pump and sucker rod pump in one of the wells in the cluster enabled a continuous supply of highly mineralized saline formation water to the pump-ejector system for water-gas stimulation. This WAG technology eliminates hydrate formation, and the pump-ejector system operates reliably while pumping a water-gas mixture into the injection well in 24/7 operation. Increased fluid production from the production pumping wells was achieved by reducing annular pressure. During the WAG test, unsteadiness in the operation of the power electric centrifugal pump during gas-filled formation water pumping was detected, caused by periodic gas breakthroughs. Since the pump contains a large number of stages, these short-term gas breakthroughs do not lead to the cessation of well production. The pump-ejector system operates reliably, which indicates effective suppression of coalescence of gas bubbles in highly mineralized salt water, contributing to the successful operation of the ejector and booster multistage centrifugal pump. Another advantage of the implemented WAG technology is that, together with water and annular associated gas, hydrocarbon gas contained in the highly mineralized formation water is also injected into the injection well.

Методы эксплуатации скважин для использования пластовых газонасыщенных вод в технологиях водогазового воздействия

Для применения на Ромашкинском месторождении предложена комплексная технология водогазового воздействия (ВГВ) с отбором попутного нефтяного газа (ПНГ) из затрубных пространств добывающих насосных скважин. Разработанная насосно-эжекторная система (НЭС) с дожимным насосом для осуществления ВГВ установлена на одном из кустов скважин месторождения. В ранее проведенных исследованиях выявлена проблема выпадения газовых гидратов при термодинамических условиях закачки пресной воды с жирным попутным газом девонской нефти Ромашкинского месторождения и показано, что для предотвращения гидратообразования при ВГВ целесообразно использовать соленую высокоминерализованную пластовую воду. Целью данной работы является изучение различных методов эксплуатации скважин для отбора пластовой высокоминерализованной воды и внедрение одного из них при водогазовом воздействии на промысле. Для промышленной эксплуатации рассмотрены различные варианты отбора пластовой высокоминерализованной газонасыщенной воды в целях водогазового воздействия из добывающей скважины куста. При насосной эксплуатации скважин происходит гравитационная внутрискважинная сепарация нефти и воды на приеме насосов. Она может быть осложняющим фактором при насосной добыче, но есть технические решения, обеспечивающие процесс разделения нефти и воды при устранении опасности возникновения этого осложнения. Эффект внутрискважинной сепарации можно использовать для отделения и последующего отбора газонасыщенной воды в целях водогазового воздействия. Однако известные технологии внутрискважинной гравитационной сепарации нефти и воды не получили широкого распространения. Среди причин этого – недостаточная эффективность гравитационного разделения, а также сложности в компоновке оборудования и в реализации процесса. Более эффективной по сравнению с гравитационной может стать технология внутрискважинной центробежной сепарации нефти и воды. Внедрение установки одновременно-раздельной эксплуатации с ЭЦН и ШГН в одной из скважин куста позволило организовать постоянную подачу солёной высокоминерализованной пластовой воды в насосно-эжекторную систему для водогазового воздействия на пласт. Выпадения гидратов при такой технологии реализации ВГВ нет, НЭС устойчиво работает при закачке водогазовой смеси в нагнетательную скважину в круглосуточном режиме эксплуатации. Достигнут прирост добычи жидкости из добывающих насосных скважин за счет снижения давления в затрубном пространстве. В процессе проведения ВГВ выявлена нестационарность процесса эксплуатации силового ЭЦН при откачке пластовой воды с газом, связанная с периодическими прорывами свободного газа. Поскольку насос содержит большое количество ступеней, эти кратковременные прорывы газа не приводят к прекращению эксплуатации скважины. Насосно-эжекторная система работает устойчиво, что свидетельствует об эффективном подавлении коалесценции газовых пузырьков в соленой высокоминерализованной воде, способствующем успешной эксплуатации эжектора и дожимного многоступенчатого центробежного насоса. Еще одно преимущество реализуемой технологии ВГВ заключается в том, что вместе с водой и затрубным ПНГ в нагнетательную скважину закачивается также и углеводородный газ, находящийся в пластовой высокоминерализованной воде.