5.2 Оборудование для термического воздействия на пласт
Классификация оборудования для теплового воздействия на пласт (рис. 5.1.[2]).
Рис. 5.1.
Оборудование для подготовки и нагнетания в пласт горячей воды и пара состоит из установок подготовки воды, нагрева её до высокой температуры или до состояния пара, оборудования для нагнетания теплоносителя в скважину, оборудования ствола скважины колонной НКТ и иногда пакером. В некоторых случаях требуется специальная подготовка ствола скважины для сохранения его герметичности при подаче к пласту теплоносителя.
Разработано оборудование для подогрева воды пламенем, погруженным под уровень воды, созданы и применяются наземные, устьевые и внутрискважинные парогенераторы.
Вода перед нагревом в водогрейных или парогенераторных установках очищается от солей кальция и магния, растворенных в ней кислорода и углекислого газа, от масла и доводится до определенной щелочности.
Обычно установка подготовки воды состоит из катионитовых и механических фильтров и вспомогательного оборудования.
Широко применяются на промыслах стационарные и передвижные парогенераторные установки, имеющие блоки подготовки воды и парогенераторные блоки. Они рассчитаны на установку в одном месте на 1 – 3 года и обработку за это время рядом расположенных скважин. Парогенераторные установки выпускаются с подачей пара от 96 до 1600 т/сут и давлением от 2 до 16 МПа.
Изготавливают также устьевые и внутрискважинные парогазогенераторные установки. В первом случае парогазогенератор устанавливается на устьевой арматуре и состоит из трех камер сгорания и камеры дожига, на выходе которой в горячие газы впрыскивается вода. Парогазовая смесь (38% азота, 7% углекислого газа и 55% водяного пара) по НКТ поступает к пласту.
Скважинные парогазогенераторы генерируют теплоноситель у забоя скважины. В этом случае колонна труб не нагревается. Состав и параметры парогазовой смеси примерно те же, что и у устьевого парогазогенератора. Глубина обрабатываемых скважин в этом случае больше, до 1200 м.
Кроме наземных запроектированы установки погружного горения, позволяющие исключить систему подготовки воды. Котел установки заполнен подогреваемой водой. Под уровень воды опущены горелки, к которым подаются воздух и газ. При подводном горении теплота передается непосредственно от пламени к воде. При этом выпадение накипи не влияет на теплопередачу. Подогретая вода подается насосом к механическим фильтрам и к скважинам. Вода в таком аппарате нагревается до 150оС. Недостаток подобного подогрева – большое количество углекислого газа, чем ограничено применение таких водогрейных установок.
От водогрейных установок и парогенераторов к скважинам идет теплотрасса. Теплопровод должен иметь компенсаторы удлинений, которые устраиваются так же, как и у поверхностного трубопровода. У скважины теплопровод соединяется с оборудованием устья шарнирным соединением, позволяющим оборудованию устья перемещаться в вертикальном направлении. Арматура устья при обработке пласта паром выполняется с задвижками, у которых сальниковые уплотнения выполнены из теплостойких колец.
Для уменьшения охлаждения теплоносителя и нагрева обсадной колонны НКТ обычно спускаются в скважину с пакером. Затрубное пространство, таким образом, герметизируется, из него в процессе подачи теплоносителя испаряется жидкость, и заполненное газом или воздухом пространство служит лучшим изолятором.
При подаче теплоносителя в скважину нагреваются колонны НКТ, обсадные колонны, цементные кольца и порода. При закачке высокотемпературных теплоносителей происходит изменение свойств стали и деформация труб и других элементов ствола скважины (цементного кольца и породы). При закреплении труб цементом в свободной части колонн тепловая деформация элементов ствола скважины приводит к повышению напряжений в этих элементах.
При повышении температуры закачиваемого теплоносителя необходимо тщательно выбирать цементные смеси для тампонажных работ, так как прочность, стойкость к воздействию воды и проницаемость обычных портланд цементов в этих условиях значительно снижаются, поэтому для высокотемпературных скважин рекомендуются специальные цементно-песчаные смеси.
Прогрев призабойной зоны пласта электронагревателями или огневыми нагревателями проводится на скважинах периодически в основном для расплавления парафино-смолистых соединений и увеличения проницаемости призабойной зоны. Продолжительность прогрева 5 – 7 суток при максимальной температуре на забое 82 -180оС позволяет прогреть призабойную зону в радиусе 0,8 – 1,35 м. По опыту эффект от такого прогрева ощущается в течении 4 – 9 месяцев.
Применяются в основном электронагреватели и иногда огневые подогреватели.
Нагреватели имеют мощность от 10 до 25 кВт. Наружный диаметр нагревателей 112 и 76 мм. Масса нагревателя диаметром 112 мм составляет 60 кг, а длина – 3700 мм. Температура жидкости у нагревателя доходит до 100 – 200оС.
Установка для электропрогрева призабойной зоны состоит из скважинного нагревателя, кабеля-троса, подводящего энергию к нагревателю, на котором подвешен нагреватель в скважине, и поверхностное оборудования. Поверхностное оборудование размещено на автомашине и на прицепе. Автотрансфоматор и станция управления используются от установок ЭЦН. В шифре установок для электропрогрева, например - УЭС-1500-25А приняты следующие обозначения: УЭС – установка электропрогрева скважин для спуска нагревателя; 1500 – глубина спуска, м; 25 – максимальная мощность нагревателя, кВт; А – конструктивное исполнение.
Огневой прогрев осуществляется сжиганием в стволе скважины топлива при подаче окислителя-воздуха. Установка для огневого подогрева состоит из компрессора К-5 для подачи воздуха, дозировочного насоса ДН-150 для подачи топлива (например, дизельного), забойного нагревателя, состоящего из камеры сгорания и форкамеры и запального устройства. Забойный нагреватель спускают в скважину на НКТ под уровень жидкости на глубину подвески насоса, но так, чтобы давление над ним не превышало рабочего давления, развиваемого компрессором. Огневые подогреватели имеют тепловую мощность 5,8 – 23 кВт.
При внутрипластовом фронте горения в нефтесодержащем пласте сгорают наиболее тяжелые компоненты нефти. Фронт горения зажигается у скважины и затем продвигается к эксплуатационным скважинам. В зоне горения температура составляет 300 – 500оС. Пласт прогревается перед фронтом горения, снижая вязкость нефти, увеличивая проницаемость пласта.
Для поджога нефти в пласт иногда достаточно некоторое время подавать в пласт окислитель – воздух или воздух, обогащенный кислородом. Для повышения температуры в скважины у забоя иногда применяют электрические и огневые нагреватели.
Для инициирования и поддержания внутрипластового горения разработаны комплексы оборудования типа ОВГ. Оборудование предназначено для поджога пласта, подачи к пласту окислителя-воздуха и при «влажном» горении подачи к пласту воды. Для подачи к пласту воздуха в установку ОВГ входит компрессорная станция типа 305ВП с с приводом от синхронного электродвигателя типа ДСК. Для закачки воды в пласт применены поршневые насосы с электроприводом. Установки ОВГ имеются следующих типов: ОВГ-2М, ОВГ-3, ОВГ-4 и ОВГ-5.
Установка ОВГ-3 размещена в восьми блоках – шесть блоков компрессорные, один насосный и один блок обслуживания.