ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ И ПОДГОТОВКИ НЕФТИ И ГАЗА Лекция 3 Оборудование для добычи нефти и газа Оборудование для эксплуатации скважин фонтанным и газлифтным способами Составил: доц. Симанкин Ф.А., каф. ТПМ ИФВТ ТПУ

Существуют три основных способа добычи нефти – фонтанный, газлифтный и насосный с применением соответствующих видов оборудования. В нашей стране примерно 90% скважин эксплуатируются насосными установками, 10 % фонтанным способом. На эффективность применения того или иного способа эксплуатации и соответствующего оборудования влияет большое число факторов: глубина скважины, дебит, диаметр колонн, геометрические особенности ствола, климатические условия, навыки персонала, общий технический уровень и организация производства.

Фонтанный способ эксплуатации Данный способ позволяет добывать из скважины наибольшее количество нефти при наименьших удельных затратах. Важнейшей задачей является обеспечение возможности более длительного фонтанирования скважины, что связано с рациональным использованием энергии пласта путем обеспечения высокого КПД работы фонтанного подъемника.

1 манометр «буферный», 2 задвижка; 3 штуцер- дроссель; 4 фонтанный подъем­ник, 5 трубная головка фонтанной арматуры; 6 елка фонтанной арматуры; 7, 8 тройник; 9 манометр, 10, 11 задвижка; 12, 14 задвижки дублеры, 13 задвижка стволовая; 15 пакер Этапы совершенствования оборудования для фонтанной добычи

В прошлом фонтанирование осуществлялось по эксплуатационной колонне ствола скважины. При этом КПД подъемника был низким, расход пластового газа высоким, что привело к сокращению фонтанного периода. Процесс фонтанирования был неконтролируемым и неуправляемым.

На следующем этапе развития оборудования для фонтанной добычи в скважине стали использовать колонну фонтанных труб. Для управления фонтанированием скважины начали применять сменные штуцеры, дроссели, позволяющие изменением отверстия регулировать противодавление на пласт и в следствии этого на дебит жидкости. Для контроля режима работы скважины, стали применять манометр, устанавливаемый на буфере скважины. Для замены штуцера или выкидной линии перекрывали скважину, что привело к ее остановке. Для обеспечения непрерывности работы начали применять фонтанную арматуру, состоящую из трубной головки фонтанной арматуры и елки, обеспечивающей возможность резервирования выкидных линий.

Для дальнейшего улучшения работы начали использовать двухрядные подшипники из НКТ, а для сокращения расхода газа затрубное пространство скважины стали герметизировать пакером. В результате к настоящему времени оборудование для эксплуатации скважины фонтанным способом состоит из четырех основных частей: колонны труб, оборудования низа колонны, оборудования устья, т.е. фонтанной арматуры и обвязки устьевого оборудования – манифольда.

Газлифтный способ эксплуатации Принцип работы газлифтного скважинного подъемника аналогичен фонтанному. Однако, для подъема жидкости недостающую энергию флюиду добавляют путем подачи в скважину сжатого газа. При газлифте комплекс оборудования для эксплуатации сложней чем при фонтанной эксплуатации и состоит из компрессорной станции, газораспределительной и газосборной сети, системы подготовки газа и газлифтного оборудования скважин. Преимуществом газлифтного способа эксплуатации является в несколько раз больший, чем при других способах, межремонтный период работы внутрискважинного оборудования. Использование этого способа целесообразно на месторождениях с большим дебитами скважин, большим газовым фактором, высокой пластовой энергией, низкой обводненностью.

Насосно-компрессорные трубы для фонтанного и газлифтного подъемников Для фонтанного и газлифтного подъемников используются насосно- компрессорные трубы. Они характеризуются небольшим диаметром, высокой прочностью. Насосно-компрессорные трубы отличаются материалом, группами прочности, герметичностью, противо- коррозийной стойкостью, быстротой стыковки, сопротивляемостью отложению парафина и солей.

Наибольшее применение получили цельнокатаные неравнопрочные НКТ с муфтовыми резьбовыми соединениями. Неравнопрчность НКТ определяется разницей между площадями сечений тела трубы и в зоне резьбы, где снижение несущей способности пропорционально уменьшению площади сечения. Площадь несущего сечения по резьбе примерно на 25% меньше площади сечения по телу трубы. Таким образом, грузоподъемность колонны НКТ определяется площадью сечения по резьбе. отсюда следует, что 25% всего металла колонны НКТ неравнопрочной конструкции не работает, а лишь создает дополнительную нагрузку, воспринимаемую резьбовыми соединениями и телом вышерасположенных труб. Такие колонны используются на малых и средних глубинах.

Подъемные колонны в глубоких скважинах и при тяжелых условиях работы собираются из равнопрочных НКТ. Все сечение таких труб, включая и резьбовые, имеют примерно равную площадь, а следовательно и одинаковую несущую способность. Применение равнопрочных НКТ позволяет на 25% сократить расход металла на колонну НКТ по сравнению с неравнопрочными и значительно увеличить max глубины их спуска. Нашими учеными предложена конструкция НКТ с приварными концами с резьбой, но изготовленных из стали большой прочности, что и обеспечивает равнопрочность колонны НКТ.

НКТ изготавливают из углеродистых сталей с пределом текучести =380 МПа. Применяются НКТ из сплавов на алюминиевой основе =300 МПа, =430 МПа. В последнее время для изготовления НКТ используются полимерные материалы и стекловолокно. Это вызвано их стойкостью по отношению к агрессивным средам H 2 S и СО 2 и малым весом. Недостатком является отсутствие возможности обеспечения равнопрочности тела трубы и её стыка.

Принципиально новый вид труб - непрерывные НКТ, изготавливаемые в виде полого стержня, длина которого равна длине всей колонны труб. При монтаже трубы наматываются на барабан. Это упрощает конструкцию колонны, уменьшает металлоемкость, облегчает и ускоряет спуско-подъемные операции. Недостаток – сложность выполнения ловильных работ, сложность сварочных работ при стыковке колонны. Изготовление НКТ регламентируется соответствующими стандартами.

Ряд номинальных наружных диаметров НКТ: 48; 60; 73; 89; 102; 114 мм; Внутренний диаметр: 40; 50; 59; 62; 76; 88,8; 100,3 мм. Для уменьшения интенсивности отложений парафина, солей, смол и защиты труб от коррозии применяются различные покрытия НКТ – стеклоэмали, эпоксидные смолы, лаки. Наносятся они на внутренние поверхности труб по специальным технологиям. Эксплуатация таких труб сложнее, что является их недостатком.

Насосно-компрессорные трубы в фонтанных скважинах в зависимости от схемы подъемника подвергаются или растягивающей или сжимающей нагрузкам. При подвеске колонны НКТ к трубной головке фонтанной арматуры и при незафиксированном низе труб колонна работает на растягивание и max напряжение возникает в верхнем сечении колонны.Усилие, растягивающее колонну НКТ: Q=lqk, где q – вес 1 м труб с муфтами; k–коэффициент учитывающий влияние кривизны скважины; l - длина колонны труб. Прочность колонны равнопрочных НКТ проверяется определением напряжений от растягивающей силы Q в сечении по телу трубы и сравнении полученной величины напряжения с допустимой

При использовании неравнопрочных труб прочность колонны проверяется по опасному резьбовому соединению. Рассчитывают страгивающую нагрузку, т.е. усилие при котором резьбовое соединение разрушается D CР – средний диаметр тела трубы по основной плоскости; b – толщина тела трубы по резьбовой части в основной плоскости; предел текучести материала трубы; l – длина резьбы; угол профиля резьбы; угол трения ( )

Условия прочности изогнутой части колонны НКТ выражаются: где Р 1СЖ – осевое усилие на изогнутой части колонны труб; F 0 – площадь поперечного сечения труб; W 0 – осевой момент сопротивления площади сечения труб; - предел текучести материала труб; n 1 – 1,5 (запас прочности); r – зазор между НКТ и эксплуатационной колонной.

Фонтанная арматура Фонтанная арматура выполняет несколько функций: Удержание на весу колонны НКТ; Герметизация затрубных пространств и их взаимная изоляция; Обеспечение возможности регулирования режима работы скважины в заданных пределах, непрерывности её работы; Исследование скважины путем измерения параметров её работы как внутри скважины, так и на поверхности.

Манифольд Фонтанная арматура скважины соединяется с промысловыми коммуникациями сбора пластовой жидкости с помощью манифольдов, которые представляют собой сочетание трубопроводов и запорных устройств. Они состоят из нескольких задвижек, крестовиков, тройников и служат для подключения к скважине различных агрегатов. Они служат для подачи в скважину ингибитора, глушителя и продувки скважин и других технологических операций.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! ВОПРОСЫ?