19. Общие сведения о скважинах. Способы эксплуатации скважин

Процесс эксплуатации нефтяных и газовых, месторождений заключа­ется в обеспечении подъема продукции пласта (нефть, газ, пластовая вода и их смеси) из губины залегания на поверхность земли. Основным объек­том любого месторождения является скважина. Скважиной называ­ется вертикальная или наклонно направленная цилиндрическая горная вы­работка, соединяющая поверхность земли с продуктивным пластом место­рождения. Скважина образует канал для подъема продукции из пласта на поверхность.

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.

Основным способом строительства скважины является разбуривание земной поверхности при помощи буровой техники и оборудования. При бурении скважины для укрепления ее стенок от разрушения, обвалов в нее спускают металлические трубы, получившие название обсадных.

Пространство между спущенными обсадными трубами и горной по­родой заполняют жидким цементным раствором, который после затверде­вания образует цементное кольцо. Процесс заливки спущенных обсадных труб жидким цементом называют цементацией. Скважина с зацементированной обсадной колонной для соедине­ния ее внутренней поверхности с продуктивным пластом подвергается перфорации.

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.

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

Группа поисков поисково-разведочных скважин включает скважины 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.

Группа эксплуатационных скважин включает скважины двух катего­рий: добывающие и нагнетательные.

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

Самым массовым видом скважин на месторождениях являются до­бывающие скважины.

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

Добывающие нефтяные скважины в зависимости от способа экс­плуатации подразделяются на фонтанные, газлифтные, глубинно-насосные. Наибольшее число добывающих нефтяных скважин нашей стране составляют глубинно-насосные, порядка 70...80% от всего эксплуа­тационного фонда.

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

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

на скважины, эксплуатируемые погружными электроцентробежными насосами (УЭЦН); электровинтовыми насосами (УЭВН);

на скважины, эксплуатируемые погружными гидропоршневым и на­сосами (УГПН).

Наибольшее распространение среди глубинно-насосных скважин получили скважины, эксплуатируемые УШСН. Число их составляет около 70% всех глубинно-насосных скважин в нашей стране.

Фонтанная скважина.

Фонтанной скважиной называется добывающая скважина, в которой подъем нефти от забоя до устья осуществляется за счет естественной энер­гии продуктивного пласта. Эксплуатация такой скважины является наибо­лее экономически выгодной. Объясняется это тем, что обустройство сква­жины ввиду простоты конструкции требует минимальных затрат и не тре­бует дополнительных затрат энергии на подъем нефти.

Фонтанная скважина отличается от скважины, законченной бурени­ем, следующими особенностями. Для обеспечения подъема нефти в обсад­ную колонну спускают специальную колонну труб, получивших название насосно-компрессорных (НКТ).

Колонна НКТ подвешивается на специальном устьевом оборудова­нии скважины, получившем название фонтанной арматуры. Фонтанная арматура устанавливается на устье скважины. Она служит для подвески колонны НКТ, спущенной в скважину, герметизации устья сква­жины, направления добытой нефти в наземные трубопроводы и регулиро­вания режима эксплуатации скважины.

Колонна НКТ является каналом для подъема нефти от забоя скважин до устья. Длина колонны НКТ достигает 3000 м. Собирается колонна из стандартных НКТ длиной от 5 до 10 м, наружным диаметром 33; 42; 48; 60; 73; 89; 102; 114 мм при толщине стенки от 4 до 7 мм. Соединяются трубы между собой при помощи специальных резьбовых муфт. Спуск и подъем колон­ны НКТ осуществляются специальной техникой, получившей название эксплуатационных подъемников и подъемных агрегатов.

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 в 7; 14; 21; 35; 70 и 105 МПа.

Газлифтная скважина.

Газлифтной скважиной принято называть нефтедобывающую сква­жину, в которой подъем нефти осуществляется при помощи нагнетаемого в нее газа под давлением. Если в качестве нагнетаемого газа используется воздух, скважина называется эрлифтной, если нефтяной газ – газлифтной.

На устье газлифтной скважины монтируется специальное оборудо­вание, обеспечивающее подвеску в скважине одной или нескольких ко­лонн НКТ, герметизацию устья скважины, направление в скважину газа и добытой нефтегазовой смеси в наземные трубопроводы.

Простейшей конструкцией газлифтной скважины является скважина с одной спущенной в нее колонной НКТ. Такую скважину принято назы­вать однорядным подъемником, В этом случае газ в скважину подается по кольцевому пространству между обсадной колонной и колонной НКТ. Газ, нагнетаемый с поверхности под давлением, вытесняет нефть из кольцевого пространства в колонну НКТ, где смешивается с нефтью, образуя газожид­костную смесь.

Пузырьки газа поднимаются внутри колонны НКТ вверх, увлекая за собой нефть. На устье скважины смесь в виде газированной жидкости на­правляется в наземный трубопровод. Из наземных трубопроводов смесь поступает в сепараторы - устройства для разделения газа, нефти, пласто­вой воды. Газ, отделенный от нефти, подвергается очистке, сушке и затем вновь используется для закачки в газлифтные скважины.

На скважинах с повышенным содержанием песка и обводненной нефтью чаще используются двухрядные подъемники. В этом случае в скважину спускаются две колонны НКТ, размещенные одна в другой. По внешней колонне труб подается газ, а по внутренней поднимается газо­жидкостная смесь.

Для оборудования газлифтных скважин применяют НКТ следующих диаметров: в однорядном подъемнике - от 48 до 89 и иногда до 114 мм; в двухрядном подъемнике -для наружного рада трубы 73; 89; 102; 114 мм, а для внутреннего - 48; 60; 73 мм. В современных конструкциях газлифтных скважин на колонне НКТ устанавливаются скважинные камеры, внутри которых устанавливаются пусковые и рабочие газлифтные клапаны. Назначение газлифтных клапа­нов - автоматическое регулирование поступления нагнетаемого газа в скважину, что обеспечивает более экономичную эксплуатацию газлифт­ных скважин.

Для замены газлифтных клапанов в скважине без подъема колонны НКТ (спуск-подъем клапанов осуществляется внутри НКТ на проволоке) используются установки для скважинных работ или установки для иссле­дования скважин. Подъем НКТ и скважинных камер осуществляется подъ­емными установками или агрегатами подземного ремонта скважин.

Скважина, эксплуатируемая установкой штангового скважинного насоса.

Установка штангового скважинного насоса (УШСН) представляет собой скважину, в которую на колонне НКТ спущен глубинный насос объ­емного действия с возвратно-поступательным движением плунжера. Плунжер насоса колонной стальных штанг, размещенных внутри колонны НКТ, соединен с наземным приводом, установленным на поверхности зем­ли около устья скважины. Наземный привод через колонну штанг передает возвратно-поступательное движение плунжеру скважинного насоса, в ре­зультате чего насос добываемую нефть по колонне НКТ подает на поверх­ность.

Устьевое оборудование такой скважины обеспечивает подвеску в скважине колонны НКТ, направление добытой нефти в наземный трубо­провод и герметизацию верхней части колонны штанг, соединенный с на­земным приводом. В качестве наземного привода УШСН широкое распро­странение получил механический привод, названный станком- качалкой.

Штанговые скважинные насосы - малогабаритные плунжерные насосы объемного действия, имеющие цилиндрическую на­ружную поверхность диаметрами от 48,2 до 114 мм, длину цилиндров от 2 до 7 м. Спуск и подъем насосов в скважины осуществляется на колонне НКТ или колонне штанг в зависимости от модели скважинного насоса.

Скважина, эксплуатируемая установкой погружного электроцентробежного насоса.

Установка погружного электроцентробежного насоса (УЭЦН) пред­ставляет собой нефтедобывающую 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 погружному двигателю ЭЦН подается по бронированному кабелю, спущенному в скважину и за­крепленному снаружи колонны НКТ. На поверхности земли кабель соеди­нен с автотрансформатором и станцией управления.

Подъем нефти из скважины осуществляется внутри колонны НКТ в результате работы погружного центробежного насоса, который приводится в действие соединенным с ним погружным электродвигателем. Подвеска колонны НКТ в скважине осуществляется на устьевом оборудовании, ко­торое имеет специальное уплотнение, обеспечивающее герметизацию ка­беля в месте его выхода из скважины.

Погружной насосный агрегат ЭЦН представляет собой центробеж­ный многоступенчатый насос (число ступеней до 415) и погружной элек­трический двигатель, объединенные в одной конструкции цилиндрической формы. Соединение секций насоса с электродвигателем осуществляется посредством фланцевых соединений, стягиваемых резьбовыми шпилька­ми. Длина секций насоса в собранном виде от 8,2 до 20,4 м, диаметр на­ружный 92; 103; 114 мм. Длина погружных электродвигателей от 5 до 14 м (у двухсекционных двигателей серии ПЭДС 125). Мощность погружных электродвигателей 32; 45; 63; 90; 125 кВт. Наружный диаметр 103; 117; 123 мм.

Общая длина насосного агрегата в собранном виде (насос, электро­двигатель с гидрозащитой} при спуске в скважину достигает 36 м. Транс­портировка ЭЦН в наземных условиях, как правило, осуществляется по частям (насос отделен от электродвигателя) в комплекте с наземным обо­рудованием, автотрансформатором, станцией управления и кабелем, намо­танным на барабане, для чего используются специальные агрегаты погруз­ки и перевозки типа АТЭ-6. Спуск и подъем ЭЦН в скважинах осуществляется обще­принятыми на промыслах эксплуатационными подъемниками или агрега­тами подземного ремонта скважин.

Скважина, эксплуатируемая установкой электровинтовых насосов

Установка погружного электровинтового насоса предназначена для добычи нефти повышенной вязкости и газосодержания. Конструкция и схема обустройства скважины аналогичны конструкции скважины, экс­плуатируемой УЭЦН.

Отличительной особенностью УЭВН является наличие в погружном насосном агрегате винтового одно- или двухсекционного насоса (вместо многоступенчатого центробежного), приводимого в работу погружным ти­хоходным электродвигателем. Погружные электродвигатели винтовых на­сосов тихоходные, с частотой вращения вала 1500 оборотов мин, мощностью 5,5 и 22,32 кВт, наружным диаметром 123 мм.

Общая длина насосного агрегата в собранном виде (насос, электро­двигатель с гидрозащитой) составляет от 8 до 12,7 м.

Наземное энергетическое оборудование станции управления, авто­трансформатор, кабельные линии и кабель скважинных установок винто­вых электронасосов идентичны применяемым для УЭЦН.

Скважина, эксплуатируемая установкой погружного гидропоршневого насосного агрегата.

Установка погружного гидропоршневого насосного агрегата (УГП-НА) представляет собой скважину, в которой установлены два ряда кон-центрично размещенных (одна внутри другой) труб НКТ. В нижней части труб меньшего диаметра (обычно 63-мм НКТ) устанавливается гидро­поршневой погружной насосный агрегат (ГПНА), представляющий собой плунжерный насос (аналогичный ШСН), и погружной гидравлический двигатель объемного действия с возвратно-поступательным движением поршня.

На устье скважины смонтировано специальное устьевое оборудова­ние, позволяющее подводить рабочую жидкость и отводить добытую нефть из скважины. Рядом с устьем скважины на поверхности монтируется наземный насос высокого давления с двигателем, с системой подготовки и очистки рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости используется очищенная от механических примесей сырая нефть. Наземный насос рабо­чую жидкость под давлением подает по колонне НКТ непрерывно к гидро­двигателю погружного насосного агрегата, обеспечивая работу погружно­го насоса и добычу нефти.