Общие сведения о процессах эксплуатации нефтяных месторождений

 

Общие сведения о скважинах

 

Процесс эксплуатации нефтяных и газовых месторождений заключается в обеспечении подъема продукции пласта (нефть, газ, пластовая вода и их смеси) с глубины залегания на поверхность земли.

Скважиной называется вертикальная или наклонно направленная цилиндрическая горная выработка, соединяющая поверхность земли с продуктивным пластом месторождения.

Начало скважины на поверхности называется устьем, боковая поверхность - стволом, дно скважины - забоем. Расстояние от устья по оси ствола до забоя называется длиной скважины, а расстояние от устья до забоя по проекции оси скважины на вертикаль - глубиной скважины.

При бурении скважины для укрепления ее стенок от разрушения, обвалов в нее опускают металлические трубы, получившие название обсадные трубы.

Пространство между спущенными обсадными трубами и горной породой заполняют жидким цементным раствором. Процесс заливки спущенных обсадных труб жидким цементным раствором называют цементированием.

Цементирование скважины осуществляется специальной техникой, обеспечивающей подготовку жидкого цементного раствора и непрерывную его закачку в скважину под давлением.

Перфорация скважины - создание радиальных отверстий в цилиндрической поверхности обсадных труб и цементном камне в зоне расположения продуктивного пласта. Через полученные в процессе перфорации радиальные отверстия продукция поступает из пласта внутрь скважины и по ней может подниматься на поверхность.

 

Классификация скважин

 

В зависимости от назначения скважины можно подразделить на две группы: поисково-разведочные; эксплуатационные.

Поисково-разведочные скважины бывают следующих категорий: опорные; параметрические; поисковые; разведочные.

Назначение этой группы скважин - получение фактических данных о структуре залегания горных пород, оценке запасов месторождений, сведений по разработке проектов месторождений.

Эксплуатационные скважины включает скважины двух категорий: добывающие; нагнетательные.

Нагнетательные скважины предназначены для нагнетания воды или газа с поверхности в продуктивные пласты на месторождениях, разрабатываемых с поддержанием пластового давления. Использование нагнетательных скважин позволяет продлить фонтанную эксплуатацию нефтедобывающих скважин.

Добывающие скважины предназначены для промышленного подъема (извлечения) нефти и газа из продуктивных пластов. Добывающие скважины по роду извлекаемой продукции подразделяются: нефтяные и газовые.

Добывающие нефтяные скважины в зависимости от способа эксплуатации подразделяются: фонтанные, газлифтные, глубинно-насосные.

Глубинно-насосные скважины по типу спускаемого в них погружного насоса подразделяются:

- скважины, эксплуатируемые установкой штангового скважинного насоса(УШСН);

- скважины, эксплуатируемые погружными электроцентробежными насосами (УЭЦН);

- скважины, эксплуатируемые электровинтовыми насосами (УЭВН);

- скважины, эксплуатируемые погружными гидропоршневыми насосами (УГПН).

 

Фонтанная скважина

 

Это добывающая скважина, в которой подъем нефти от забоя до устья осуществляется за счет естественной энергии продуктивного пласта. Эксплуатация такой скважины является наиболее экономически выгодной.

Для обеспечения подъема нефти в обсадную колонну спускают специальную колонну труб, получивших, название насосно-компрессорных (НКТ).

Колонна НКТ подвешивается на специальном устьевом оборудовании скважины, получившим название фонтанной арматуры.

Фонтанная арматура служит для:

– подвески колонны НКТ, спущенных в скважину,

– герметизации устья скважины,

– направления добытой нефти в наземные трубопроводы,

– регулирования режима эксплуатации скважины.

Фонтанная арматура представляет собой стальные толстостенные трубные конструкции, тройники, крестовины и запорные устройства, соединяемые между собой посредством фланцевых болтовых соединений.

Все узлы и детали арматуры рассчитаны на работы при высоких давлениях (до 105 МПа).

Масса фонтанной арматуры достигает сотни килограммов (размеры и масса фонтанной арматуры зависят от конструкции фонтанной скважины, состава добывающей продукции (наличие песка, примесей, солей) и других факторов).

Спуск и подъем колонны НКТ осуществляется специальными подъемными агрегатами.

 

Газлифтная скважина

 

Это скважина, где подъем нефти осуществляется при помощи нагнетаемого в нее под давлением газа.

Если в качестве нагнетаемого газа используется воздух, скважина называется эрлифтной, если нефтяной газ – газлифтной.

В практике нефтедобычи в основном используется газлифтный способ, так как при закачке воздуха в нефтяную скважину ухудшается качество добываемой нефти и усиливаются окислительные процессы со скважинным оборудованием.

Простейшей схемой обустройства скважины является скважина с одной колонной опущенных в нее труб. Такую скважину принято называть однорядным подъемником.

В этом случае газ в скважину нагнетается в кольцевое пространство между обсадной колонной и колонной НКТ. Газ, нагнетаемый с поверхности под давлением, смешивается с нефтью в колонне НКТ, образуя газожидкостную смесь, которая поднимается на поверхность и через сепараторы направляется в наземные трубопроводы. Используются на скважинах необводненных и без выноса песка.

На скважинах с повышенным содержанием песка и обводненной нефтью чаще используются двухрядные подъемники. В этом случае в скважину спускают две колонны НКТ, расположенные одна в другой. По внутренней (подъемной) колонне поднимается газожидкостная смесь, а по внешней (нагнетательной) – подается газ. В такой скважине резко увеличивается металлоемкость и возрастает объем работ по спуску и подъему НКТ.

С целью снижения металлоемкости применяются полуторарядный подъемник, когда внешняя колонна НКТ в нижней части собрана из труб меньшего диаметра.

Для оборудования газлифтных скважин применяют НКТ следующих диаметров:

в однорядном подъемнике – от 48 до 114 мм;

в двухрядном подъемнике – для наружного ряда труб 73; 89; 102; 114 мм; – для внутреннего ряда труб 48; 60; 73 мм.

УШСН

 

Представляет собой скважину, в которую на колонне НКТ спущен глубинный насос объемного действия с возвратно-поступательным движением плунжера.

Плунжер насоса с помощью колонны стальных штанг, размещенных внутри колонныНКТ, соединен с наземным приводом, установленным около устья скважины.

В качестве наземного привода УШСН широкое распространение получил механический привод, названный станком-качалкой. Представляет собой кривошипно-коромысловый механизм одностороннего действия и состоит из рамы с вертикальной стойкой, на которой подвижно установлен балансир (коромысло). К переднему плечу балансира крепится верхний конец колонны штанг. Заднее плечо балансира через траверсу, кривошипы, редуктор и клиноременную передачу связано с электродвигателем.

Масса отечественных станков-качалок составляет от 3,8 до 16 т, высота от 3,25 до 6,3 м.

Для ТО и ремонта станков-качалок используется специальная техника, получившая название агрегатов наземного ремонта.

Насосы имеют диаметр от 48,2 до 114 мм, длину от 2 до 7 м. Спуск и подъем насосов в скважины осуществляют на колонне НКТ или колонне штанг в зависимости от модели скважинного насоса. Штанги между собой соединяются резьбовыми муфтами. Отдельная штанга – стальной стержень длиной от 1 до 8 м, диаметром от 16 до 28 мм. Для транспортировки штанг на промысле используются специальные агрегаты перевозки штанг (АПШ). Спуск и подъем штанг в скважину осуществляют подъемники, используемые для работы с НКТ.

 

УЭЦН

 

Представляет собой скважину, в которую на колонне НКТ под уровень нефти спущен погружной насосный агрегат, состоящий из многоступенчатого скважинного насоса и погружного электродвигателя, получившего название ЭЦН.

Электроэнергия к ЭЦН подается по бронированному кабелю, спущенному в скважину и закрепленному снаружи колонны НКТ. Подъем нефти осуществляется внутри колонны НКТ.

Насосный агрегат имеет наружный диаметр от 92 до 123 мм, длину – до 36 м.

Транспортировка ЭЦН в наземных условиях осуществляется по частям, для чего используются агрегаты типа АТЭ-6. Перевозка кабеля осуществляется отдельно на специальном санном или колесном прицепе типа УПК-2000.

Спуск и подъем ЭЦН в скважинах осуществляются агрегатами для подземного ремонта скважин.

 

УЭВН

 

Предназначена для добычи нефти повышенной вязкости и газосодержания. Конструкция и схема обустройства скважины аналогичны конструкции скважины, эксплуатируемой УЭЦН, но вместо центробежного используется винтовой насос.

 

УГПН

 

Представляет собой скважину, в которой установлены два ряда концентрично размещенных (одна внутри другой) труб НКТ. В нижней ее части труб меньшего диаметра помещен гидропоршневой насосный агрегат (ГПНА), представляющий собой плунжерный насос (аналогичный ШСН), и погружной гидравлический двигатель объемного действия с возвратно-поступательным движением поршня.

Носителем энергии к двигателю погружного агрегата является поток рабочей жидкости, (сырая нефть) подаваемой с поверхности земли под давлением по одной из колонн НКТ. Рядом с устьем скважины на поверхности монтируется наземный насос высокого давления с двигателем, с системой подготовки и очистки рабочей жидкости.

Особенностью установки является возможность заменить погружной ГНА в скважине без подъема, обеспечивая его спуск и подъем потоком рабочей жидкости.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИе ПРОЦЕССы