42. Насосна експлуатація свердловин
1. За допомогою штангових свердловинних насосних установок
Суть даного способу експлуатації свердловин полягає у тому, що у свердловині розміщують плунжерний насос, який приводиться в дію поверхневим приводом за допомогою колони штанг.
Штангова глибино – насосна установка (ШГНУ) складається із насоса опущеного у свердловину, колони штанг, верстата – качалки, встановленого біля устя свердловини. Зворотно – поступальний рух колони насосних штанг і приєднаного до них плунжера забезпечується верстатом – качалкою.
Спосіб видобутку нафти за допомогою ШГНУ досить розповсюджений в нашій країні. Даним способом можна добувати від 1 до 500 т нафти на добу. Однак в більшості випадків глибинно-насосну експлуатацію застосовують в мало та середньо-дебітних нафтових свердловинах.
2. Експлуатація нафтових свердловин зануреним відцентровим насосом
Електровідцентрові насосні установки складаються: із відцентрового насоса, електродвигуна, колони підйомних труб, броньованого кабелю, гирлової арматури, кабельного барабану та іншого допоміжного обладнання.
Видобуток нафти при даному способу експлуатації відбувається наступним чином. Електродвигун обертає вал відцентрового насосу, нафта всмоктується через фільтр відцентровим насосом і нагнітається на поверхню по насосним трубам. Для електровідцентрових насосів характерний великий міжремонтний період їх роботи. Наземне обладнання ЕВН відрізняється своєю простотою та не потребує спеціальних фундаментів та інших споруд. В Україні широко використовують занурені відцентрові насоси. Їх використовують в тих випадках, коли потрібно виконувати інтенсивний відбір нафти із свердловини при великій глибині залягання продуктивних пластів, а також в свердловинах з агресивними пластовими водами.
43. Експлуатація газових свердловин.
На однопластових родовищах газові свердловини експлуатуються по фонтанних трубах без ізоляції кільцевого простору між обсадною колоною та фонтанними трубами або з перекриттям кільцевого простору пакерами. Такий же спосіб експлуатації газових свердловин використовують і на багатопластових родовищах, коли пластові тиски розроблюваних пластів близькі за значеннями. Причому, якщо в газі містяться агресивні компоненти (сірководень, вуглекислота, органічні кислоти тощо), значні пластові тиски, то ізоляція кільцевого простору обов’язкова. Кільцевий простір заповнюють спеціально вибраними для умов даного родовища рідинами.
При розробці двох або декількох продуктивних горизонтів, які відрізняються тисками, дебітами, складом газу тощо, використовують роздільну експлуатацію пластів зі спуском фонтанних труб і використанням пакерів.
Отже, при будь-якому способі видобутку газу необхідно використовувати фонтанні труби, які призначені для виносу із вибою на поверхню рідких та твердих частинок, попередження передчасного зношування обсадної колони внаслідок корозії або ерозії, роздільної експлуатації за допомогою пакерів, можливості проведення ремонтно-ізоляційних робіт тощо.
Для збільшення пропускної здатності свердловини та зниження втрат тиску в її стовбурі можна використовувати обладнання, яке передбачає підйом продукції по затрубному простору або по затрубному простору і фонтанних трубах одночасно. В першому випадку наявність статичного стовпа газу у фонтанних трубах дозволяє безперервно контролювати вибійний тиск і при необхідності очищати вибій свердловини продувкою її через фонтанні труби.
Для нормальної експлуатації свердловин при заданому технологічному режимі необхідні періодичні обстеження вибоїв та підтримання заданих дебітів газу і конденсату. Крім того, важливе значення має правильний вибір діаметра підйомних труб. Його розраховують враховуючи винос з вибою на поверхню твердих і рідких домішок або мінімальних втрат тиску в стовбурі свердловини при заданому дебіті.
Як показує досвід, повний винос газовим струменем частинок породи і води, які накопичуються на вибої, забезпечується тоді, коли швидкість висхідного потоку в свердловині дещо перевищує критичну швидкість суспензованих частинок:
Рис. 9.85. Обладнання стовбура газової свердловини:
1 – обсадна колона; 2 – насосно-компресорні труби; 3 – пакер; 4 – рідина;
5 – обернений клапан
Більша частина газових родовищ розробляється в умовах водонапірного режиму.
При витісненні газу водою відбувається закономірне і неминуче обводнення газових свердловин, яке супроводжується накопиченням води на вибої.
Методи видалення рідини з вибоїв газових свердловин діляться на: механічні (плунжерний ліфт, різні модифікації газліфта, автоматизовані продування тощо) та фізико-хімічні (за допомогою піноутворюючих реагентів). Причому ті чи інші методи використовують як для періодичного, так і для безперервного видалення рідини.
Періодичне видалення рідини із газових свердловин здійснюється: зупинкою свердловини для поглинання рідини пластом (з добавками ПАР); продувкою свердловини в атмосферу; продувкою через сифонні труби; спіненням рідини при безпосередньому введенні в свердловину піноутворювача.
Для безперервного видалення води застосовують: експлуатацію свердловин при швидкостях газу, які б забезпечували винос води з вибою; безперервне продування через сифонні або фонтанні труби; плунжерний ліфт; відкачування рідини глибинним насосом; диспергування рідини (спіненням).
Вибір методу видалення рідини зумовлений геолого-промисловою характеристикою родовища, конструкцією свердловин, стадією розробки родовища, кількістю і причинами надходження рідини з пласта в свердловину.
Залежно від дебіта води вибирають той чи інший метод. При невеликих дебітах води досить ефективні періодичні методи, при великих дебітах води ефективніші безперервні методи.
Одним з недорогих, ефективних і широко використовуваних методів видалення рідини з вибоїв свердловин є метод спінення вибійної рідини. За цим методом у свердловину нагнітають визначену кількість поверхнево-активної речовини (ПАР) – піноутворювача, який розчиняється в рідині на вибої свердловини. В результаті утворюється стовп піни за рахунок пробулькування газу, який надходить з пласта в свердловину. Піна, яка має малу густину, легко виноситься на поверхню.
Залежно від пластового тиску і дебіта, фізичних властивостей пласта та газу, кількості пластів і термодинамічних умов роботи стовбура свердловини газові і газоконденсатні свердловини можна обладнувати для одночасної експлуатації декількох пластів, які експлуатуються по фонтанних трубах (без пакера або з пакером) та роздільної експлуатації за допомогою фонтанних труб і пакерів. При цьому важливе значення має виділення і правильний вибір експлуатаційних об’єктів, тобто об’єктів самостійної розробки.
Пласти, які виділяються як самостійний об’єкт, повинні відповідати умовам:
містити рентабельні, для видобування самостійною сіткою свердловин, запаси газу;
об’єднувати один або декілька газонасичених пластів (прошарків), відділених від вище- і нижчезалягаючих порід непроникними або слабопроникними породами;
мати досить близькі літолого-фізичні властивості, пластові тиски, технологічні режими експлуатації свердловин та режими розробки пластів;
не містити агресивних компонентів (H2S, CO2).
Метою об’єднання декількох пластів в один експлуатаційний об’єкт є збільшення дебітів свердловин та скорочення їхньої кількості при заданих відборі газу, умовах охорони надр і регулюванні розробки родовища.
44. Одночасно-роздільна експлуатація декількох пластів однією свердловиною
При видобутку нафти часто доводиться зустрічатися з проблемою одночасної експлуатації декількох нафтоносних горизонтів, які мають різні характеристики (пластовий тиск, проникність, тиск насичення, в’язкість нафти, наявність неньютонівських властивостей тощо) однією свердловиною. До того ж, кожний горизонт іноді містить декілька пластів з різними характеристиками, які вимагають окремого підходу до їхньої розробки. Наявність декількох горизонтів або пластів з різними характеритиками є достатньою умовою для розробки їх самостійними сітками свердловин.
На перших етапах розвитку технології роздільної експлуатації пропонувалися і здійснювалися проекти багаторядних свердловин. При цьому в один пробурений стовбур збільшеного діаметра спускались дві або три малогабаритні обсадні колони, які цементувалися і перфорувалися кожна навпроти свого пласта за допомогою направленої перфорації, щоб уникнути прострілу сусідньої колони. Це виявилося можливим при малих глибинах залягання пластів і викликало істотні ускладнення при наступній їхній експлуатації, ремонтних роботах, тощо. Пізніший розвиток технології роздільної експлуатації декількох пластів пішов шляхом створення спеціального обладнання, яке спускається в свердловину, що розкрила два або три пласти. Основним елементом такого обладнання є пакер, який ізолює пласти один від одного, з окремими каналами для виходу рідини на поверхню.
Обладнання для роздільної експлуатації пластів через одну свердловину повинне допускати:
- створення і підтримання заданого тиску навпроти кожного розкритого пласта;
- вимірювання дебіту рідини, яку отримують з кожного пласта;
- отримання на поверхні продукції різних пластів без їхнього змішування в свердловині, тому що властивості нафт (сірчисті і несірчисті) можуть бути різними;
- дослідження кожного пласта, наприклад, методом пробних відкачувань або методом зняття кривої відновлення тиску;
- ремонтні роботи в свердловині і заміну обладнання, яке вийшло з ладу;
- регулювання відбору рідини з кожного пласта;
- роботи по виклику притоку та освоєнню свердловини.
Іншими словами, технологія та відповідне обладнання для роздільної експлуатації повинні допускати проведення всіх тих технологічних заходів, якими користуються при розкритті цих пластів окремими свердловинами. Повністю виконати ці вимоги практично не вдається навіть в найпростішому випадку, тобто при роздільній експлуатації двох пластів через одну свердловину. Можливості роздільної експлуатації через одну свердловину суттєво залежать від розміру експлуатаційної колони. При великих діаметрах (168 мм і більше) легше задовільнити більшу частину викладених вимог і створити достатньо надійне обладнання.
Роздільно експлуатувати два пласти залежно від умов притоку рідини в свердловину можна такими способами.
1. Обидва пласти фонтанним способом.
2. Один пласт фонтанним, другий – механізованим способом.
3. Обидва пласти механізованим способом.
Згідно з встановленою термінологією прийнято іменувати ту або іншу технологічну схему спільної експлуатації назвою способу експлуатації спочатку нижнього, а потім верхнього пласта. Наприклад, схема насос – фонтан означає, що нижній пласт експлуатується насосним способом, а верхній – фонтанним. У відповідності з цим теоретично можливі такі комбінації способів експлуатації: фонтан – фонтан; фонтан – газліфт; газліфт – фонтан; насос – фонтан; фонтан – насос; насос – газліфт; газліфт – насос; насос – насос; газліфт – газліфт.
Роздільна експлуатація трьох пластів через одну свердловину можлива тільки в особливих найпростіших випадках і тому використовується дуже рідко.
Основною метою роздільної розробки пластів є їхнє роз'єднання для створення диференційованого впливу на окремі пласти, що, в свою чергу, забезпечує рівномірніше і повніше їх вироблення. При цьому необхідно обладнати під одночасний роздільний відбір нафти насамперед свердловини, розташовані поблизу зовнішнього і внутрішнього контурів нафтоносності або поблизу розрізаючих нагнітальних рядів.
Свердловини, в яких передбачається застосування одночасної роздільної експлуатації пластів, в процесі роботи і відповідно до цільової задачі методу можна розділити на дві групи. Головна задача експлуатації свердловин першої групи (перший етап) контроль за виробленням пластів: прийомистість і продуктивність нафтоносних пластів, видобуток нафти і закачування води.
Тільки після отримання даних про розробку пластів і виявлення необхідності активного її регулювання ці свердловини можна перевести у другу групу (другий етап), в якій передбачається як контроль, так і регулювання вироблення пластів.
При механізованому способі експлуатації рідина з декількох пластів піднімається на поверхню по одному гідравлічному каналу і одним насосним агрегатом. Це забезпечує проведення повного комплексу свердловинних досліджень по кожному з роз'єднаних пластів, простоту і надійність регулювання роботи пластів в широкому діапазоні, прискорення і здешевлення дослідницьких робіт, швидке переведення свердловин з одного способу експлуатації на іншій, уніфікацію обладнання.
При видобутку нафти з двох пластів з використанням дистанційного контрольно-регулюючого пристрою по отримуваній із вибою свердловини інформації про вибійні параметри пласта з устя свердловини здійснюється управління вибійним пристроєм.
При одночасній роздільній експлуатації двох пластів однією свердловиною регулювання відборів рідини і контроль за роботою нижнього пласта здійснюються вибійним регулюючим штуцером з вимірним пристроєм. При схемах “фонтан – фонтан” і “газліфт – газліфт” користуються вибійним пристроєм, за допомогою якого подається імпульс тиску з устя свердловини по гідравлічному.
Однак для інших технологічних схем роздільного видобутку нафти користуватись гідравлічним каналом зв'язку дуже важко, крім того, виключається можливість спуску приладів. Тому питання вибору каналу зв'язку, у цьому випадку, набуває особливого значення.
Залежно від конкретних умов роздільна експлуатація пластів здійснюється по різних схемах, що зумовлює підбір обладнання свердловин.
При експлуатації свердловин по схемі “фонтан – фонтан” їх обладнують установками УФ2П, які складаються з наземного і свердловинного обладнання.
При роздільному відборі нафти з двох пластів однією свердловиною зануреним відцентровим насосом використовується установка, до якої входять насосний агрегат, пакер, вибійний контрольно-регулюючий пристрій і наземне обладнання.
Роздільна експлуатація свердловин, при якій один пласт фонтанує, а другий експлуатується зануреним відцентровим електронасосом, здійснюється за допомогою обладнання для роздільної експлуатації свердловин діаметром 168 мм по схемах фонтан – насос і насос – фонтан.
У обладнанні, яке працює за схемою фонтан – насос, обвідним каналом є труба, яка проходить паралельно до насосного агрегата, а в обладнанні, яке працює за схемою насос – фонтан, труба, яка охоплюює нижню частину агрегата, включаючи прийом насоса.
Суть роздільної експлуатації двох газових пластів однією свердловиною полягає в тому, що вибрані для цієї мети пласти роз'єднуються в обсадній колоні за допомогою пакера. Пласти експлуатуються по окремих ліфтах, при цьому продукція не змішується. Такий спосіб дозволяє зменшити капіталовкладення в свердловини. Це особливо раціональне там, де буріння свердловин утруднене і вимагає великих витрат.
Пласти для роздільної експлуатації вибирають з таким розрахунком, щоб вони були розділені пачкою газонепроникних порід достатньої потужності. При цьому в процесі експлуатації не повинно бути перетоку газу з нижнього пласта у верхній, який звичайно характеризується більш низьким тиском. Роздільна експлуатація може бути здійснена як в діючих свердловинах, так і в тих, які виходять з буріння. Якщо для установки пакера вибрана свердловина, що знаходиться в експлуатації, для розкриття другого газового пласта буде потрібна перфорація обсадної колони. Перед установкою пакера в затрубний простір в свердловину закачують промивну рідину (свердловину «глушать»). Тиск на викиді насоса в цей час повинен бути вищим за тиск в затрубному просторі. Для успішного проведення робіт по «глушінню» необхідно мати промивну рідину в кількості не меншій, ніж два об'єми свердловини. Рідину закачують доти, поки не заповниться увесь об'єм свердловини і через фонтанні труби замість газу буде поступати рідина. На газових промислах ще є свердловини, які експлуатуються без фонтанних труб. «Глушіння» їх досить важке. У цьому випадку рідину закачують без випуску газу в атмосферу, що призводить до значного підвищення тиску на викиді насоса і на усті. Тиск збільшується доти, поки рідина частково не заповнить стовбур свердловини; після цього тиск поступово буде знижуватися. Коли тиск на усті впаде до нуля, засувку на ялинці арматури відкривають повністю і продовжують закачувати рідину доти, поки вона не заповнить стовбур свердловини до устя і не почне переливатись у вигляді нерозгазованої рідини з свердловини.
Основним елементом обладнання, яке дозволяє здійснити роздільну експлуатацію декількох пластів однією свердловиною, є відокремлювач (пакер). На практиці застосовують різні конструкції відокремлювачів. Відокремлювачі встановлюються в свердловинах, які експлуатують тільки один продуктивний пласт, для забезпечення надійної експлуатації їх або у випадку, якщо тиск на вибої перевищує допустимий тиск для експлуатаційної колони, а також у разі наявності сильнокородуючого середовища. Установка відокремлювача між експлуатаційною колоною і фонтанними трубами попереджає механічне, ерозійне або корозійне руйнування експлуатаційної колони.
Відокремлювач повинен бути простий, надійний і зручний. Установка його здійснюється одним з наступних способів:
багаторазовим обертанням колони труб вправо;
плавним поворотом колони труб вліво на один оберт (подальше обертання може спричинити розгвинчування труб в муфтових з'єднаннях);
поворотом колони труб з одночасним підняттям труб на певну довжину;
приспусканням труб і перенесенням їхньої ваги на відокремлювач;
створенням гідравлічного тиску всередині колони труб.
Після освоєння свердловина деякий час експлуатується для очищення стовбура і привибійної зони від цементу, глинистого розчину і води.
Обладнавши устя і перевіривши всі з'єднання арматури на щільність після освоєння, свердловину закривають для вимірювання статичного тиску. Потім визначають герметичність, відокремлення продуктивних пластів. Якщо досягнуто відокремлення, то приступають до дослідження свердловини з метою визначення продуктивної характеристики і параметрів пласта і встановлення оптимального режиму роботи для кожного пласта. При роздільній експлуатації нижній пласт експлуатується через фонтанні труби, а верхній – через затрубний простір або по другому ряду труб.