Основы технологии эксплуатации нефтяных и газовых месторождений
Нефтяные скважины эксплуатируются различными способами зависят от значения пластового давления, физических свойств нефти, содержания в ней воды и газа, проницаемости пород пласта и т. д.
Способы эксплуатации скважин подразделяются на группы:
1) фонтанная, когда нефть извлекается из скважин самоизливом;
2) с помощью энергии сжатого газа, вводимого в скважину извне;
3) насосная - извлечение нефти с помощью насосов различных типов.
Вторую и третью группы способов эксплуатации условно называют механизированными.
Газовые скважины эксплуатируются только фонтанным способом.
Фонтанная эксплуатация
Фонтанным называется способ эксплуатации скважин, при котором подъем нефти или смеси нефти с газом от забоя на поверхность осуществляется за счет природной энергии.
Фонтанирование может происходить под влиянием гидростатического напора, когда давление столба жидкости, заполняющей скважину, меньше пластового давления или энергии расширяющегося газа, или того и другого вместе. Причем, фонтанирование только за счет гидростатического давления пласта - явление редкое. В основном главную роль в фонтанировании скважин играет газ, содержащийся вместе с нефтью в пласте. Это справедливо и для месторождений с выраженным водонапорным режимом, когда в пластовых условиях газ полностью растворен в нефти и в пласте движется однородная жидкость. Свободный газ из нефти в этом случае выделяется в подъемных трубах на глубине, где давление ниже давления насыщения нефти газом. Т.е., подъем нефти в скважине происходит за счет гидростатического напора и энергии сжатого газа, проявляющейся в верхней части скважины.
На соответствующей давлению насыщения нефти газом глубине, он начинает выделяться из нефти в виде мельчайших пузырьков. По мере продвижения вверх объем пузырьков газа увеличивается и плотность смеси жидкости и газа становится меньше. Общее давление столба газожидкостной смеси на забой скважины становится меньше пластового, что вызывает самоизлив нефти, т. е. фонтанирование скважины.
При всех способах эксплуатации подъем жидкости и газа на поверхность происходит по трубам небольшого диаметра, спускаемым в скважины перед началом их эксплуатации. Эти трубы называются насосно-компрессорными. В зависимости от способа эксплуатации их также называют фонтанными, компрессорными, насосными, подъемными (лифтовыми).
Стандартом предусмотрено изготовление насосно-компрессорных труб следующих условных Ø (по внешнему диаметру): 33, 42, 48, 60,73,89, 102 и 114 мм с толщиной стенок от 3,5 до 7 мм при длине одной трубы 5-8,5 м (в среднем 8 м). Трубы бесшовные, цельнотянутые из сталей высокопрочных марок с одинаковой резьбой на концах каждой трубы.
При фонтанной эксплуатации в большинстве случаев применяют насосно-компрессорные трубы Ø 60, 73 и 89 мм, а для высокодебитных скважин - диаметрами 102 и 114 мм. Трубы спускают до фильтра.
Целесообразность применения подъемных труб при фонтанной эксплуатации обосновывается следующим:
1. Облегчаются работы по освоению скважины, так как два самостоятельных каналов в ней (подъемные трубы и затрубное пространство) позволяют заменять глинистый раствор в стволе более легкой жидкостью (вода, нефть). Кроме того, подъемные трубы позволяют осваивать скважину при помощи компрессора.
2. Рациональное использование энергии расширяющегося газа, так как при подъеме смеси по каналу с незначительной площадью поперечного сечения (подъемные трубы) резко сокращаются потери нефти при отекании ее по стенкам труб и уменьшаются потери на трение в результате скольжения газа. Кроме того, из нефти выделяется меньшее количество газа, чем при фонтанировании через эксплуатационную колонну. Поэтому фонтанирование может происходить при небольшом значении пластового давления.
Использование подъемных труб самого малого диаметра - один из способов продления фонтанирования малодебитных скважин.
3. Предотвращается образование песчаных пробок на забое скважин, так как большие скорости газонефтяной струи в трубах меньшего сечения обеспечивают полный вынос на поверхность песка из скважины.
4. Облегчается борьба с отложениями парафина, образующимися при добыче нефтей, в которых содержится значительное количество парафина.
Устье фонтанных скважин оборудуют прочной стальной арматурой (трубной головки и фонтанной елки).
Трубная головка предназначена для подвески фонтанных труб и герметизации межтрубного пространства, фонтанная елка - для направления газожидкостной струи в выкидные линии и для регулирования и контроля работы скважин.
Фонтанные елки испытываются на давление, вдвое большее рабочего паспортного.
Фонтанные арматуры различают по конструктивным и прочностным признакам:
1) по рабочему давлению – в России выпускается фонтанная арматура, рассчитанная на давление от 7 до 105 МПа;
2) по размерам проходного поперечного сечения ствола - от 50 до 150 мм;
3) по конструкции фонтанной елки - крестовые и тройниковые;
4) по числу спускаемых в скважину рядов труб - однорядные и двухрядные;
5) по виду запорных устройств - с задвижками или с кранами.
Фонтанная арматура с диаметрами ствола, равными 100 и 150 мм, предусмотрена для высокодебитных нефтяных и газовых скважин (рис. 81, 82). Арматуру с рабочим давлением 105 МПа используют для сверхглубоких скважин или скважин с аномально высоким пластовым давлением, для фонтанных нефтяных скважин применяют арматуру с рабочим давлением 7-35 МПа.
Освоение и пуск в эксплуатацию фонтанной скважины проводится при установленной на ее устье фонтанной арматуры и спущенных фонтанных трубах одним из следующих способов:
1) заменой жидкости, заполняющей ствол скважины после бурения, на более легкую, например, глинистого раствора на воду, воды на нефть - промывка;
2) насыщение заполняющей скважину жидкости газом или воздухом, нагнетаемым с поверхности, продавка сжатым газом (воздухом);
3) заменой жидкости в скважине на газожидкостную смесь - аэрация.
Подземный ремонт скважин
При эксплуатации скважин любого назначения необходим периодический ремонт.
Комплекс работ, связанных со спуском в скважины и подъемом труб, штанг, насосов или каких-либо инструментов, называется подземным ремонтом. Подземный ремонт скважин в зависимости от вида и сложности работ условно разделяют на текущий и капитальный.
К текущему подземному ремонту относятся: замена насосов, замена труб и штанг или изменение характера их подвески, очистка скважин от песчаной пробки, несложные ловильные работы (ловля оборвавшихся штанг и других предметов в колонне насосно-компрессорных труб). Эти работы выполняются бригадами по подземному ремонту скважин.
К категории капитального ремонта скважин относят более сложные работы, связанные с ликвидацией аварий с подземным, исправлением поврежденных эксплуатационных колонн, изоляцией вод, переходом на другой эксплуатационный объект, операции по обработке призабойных зон (гидравлический разрыв пласта, гидропескоструйная перфорация, кислотная обработка, виброобработка и др.).
Подземные и капитальные ремонты скважин, а также операции по обработке призабойных зон сопровождаются спуском в скважину и подъемом из нее труб, штанг, различных инструментов при помощи подъемного сооружения (вышки или мачты) соответствующей высоты и подъемного механизма (рис. 108). На нефтяных и газовых промыслах применяются подъемные агрегаты для подземного ремонта скважин, в которых вышка и лебедка размещены на одной транспортной базе - тракторе или автомобиле.
При работах, связанных с вращением колонны труб, над устьем скважины, как и при бурении, устанавливают ротор.
Спуск в скважину труб и штанг и подъем их из скважины осуществляется при помощи комплекта инструмента (трубных и штанговых элеваторов и ключей, а также приспособлений, ускоряющих проведение работ и обеспечивающих их безопасность).
Для свинчивания и развинчивания труб применяют цепные и шарнирные ключи, а для этих же операций со штангами - штанговые ключи.
Для облегчения трудоемких работ при спускоподъемных операциях широко применяют автоматы Молчанова (АПР).
Автомат АПР с применением комплекса специальных инструментов позволяет осуществлять следующие операции:
1) автоматический захват и удержание колонны труб в специальном клиновом захвате или спайдере; при работе с одним значительно облегченным элеватором последний постоянно висит на крюке;
2) механическое свинчивание и развинчивание труб;
3) автоматическое ограничение усилия свинчивания;
4) автоматическое центрирование колонны труб в скважине.
Комплекс механизмов АПР состоит из следующих узлов и деталей: автомата для свинчивания и развинчивания труб, соединенного в одно целое со спайдером; одноштропного облегченного элеватора; трубного ключа; стопорного ключа; подкладной вилки; центратора, который служит для центрирования труб.
Для облегчения труда рабочих при подземном ремонте скважины используют различные приспособления малой механизации; направляющие воронки для труб и штанг, лотки или салазки для оттаскивания труб на мостки, вилки для подтаскивания труб, переносные столики для ручного инструмента и т. п.