Эксплуатация нефтяных и газовых скважин

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

В.В. Поплыгин

ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2013

elib.pstu.ru

УДК 622.276 П57

Рецензенты:

д-р геол.-мин. наук, профессор В.В. Середин (Научно-исследовательское проектное и производственное предприятие по природоохранной деятельности «Недра»);

д-р техн. наук, профессор В.М. Плотников (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Поплыгин, В.В.

П57 Эксплуатация нефтяных и газовых скважин : учеб. пособие / В.В. Поплыгин. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 192 с.

ISBN 978-5-398-00971-2

Изложены основы освоения нефтяных и газовых скважин, методы увеличения их производительности. Приведены необходимые сведения о видах гидродинамических исследований скважин. Рассмотрены способы эксплуатации скважин, области их рационального применения. Дан обзор материалов о текущем и капитальном ремонте скважин, перечислены методы борьбы и предупреждения осложнений при их эксплуатации. Приведены контрольные вопросы для самопроверки.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения, обучающихся по направлению 131000 «Нефтегазовое дело».

УДК 622.276

2

elib.pstu.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ

elib.pstu.ru

4

elib.pstu.ru

ВВЕДЕНИЕ

Эксплуатация нефтяных и газовых скважин – одно из основных направлений деятельности инженера-нефтяника, требующее приложения знаний и навыков, которыми студенты овладевают в процессе обучения в вузе по направлению «Нефтегазовое дело».

Скважина – это тот элемент, через который нефтяники взаимодействуют с пластом. Без знания основ эксплуатации скважин невозможно качественно регулировать выработку запасов из продуктивных пластов.

При изучении дисциплины «Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» студенты осваивают основные принципы и технологии освоения нефте-, газодобывающих и нагнетательных скважин. Важное место в программе дисциплины занимают методы увеличения производительности скважин, в том числе гидравлический разрыв пласта, кислотные обработки и др. Также студенты изучают способы эксплуатации скважин, основная доля которых приходится на механизированные. При этом глубинно-насосное оборудование и его технические характеристики постоянно улучшаются, требуя от инженера-нефтяника постоянного самосовершенствования.

В пособии приведены самые распространенные способы механизированной эксплуатации скважин – электроцентробежными, плунжерными, винтовыми, диафрагменными и струйными насосами, рассмотрены основы фонтанной и газлифтной эксплуатации. Даны области их рационального применения, уделено внимание основным видам подземного ремонта скважин. При изучении дисциплины студенты получают навыки выполнения расчетов по выбору рационального способа эксплуатации скважин и его параметров (тип глубинно-насосного оборудования и его производительность, глубина спуска погружного насоса и др.).

5

elib.pstu.ru

1. ПОДГОТОВКА К ЭКСПЛУАТАЦИИ, ОСВОЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН

1.1. Определение скважины. Виды скважин

Скважина – цилиндрическая горная выработка, соединяющая один или несколько продуктивных пластов с дневной поверхностью. Создается в массиве горных пород с помощью различных приспособлений без допуска работающих внутрь выработки, характеризуется длиной (глубиной), во много раз превышающей диаметр этой выработки. Скважины могут быть вертикальными, наклонными, горизонтальными (в интервале продуктивного пласта), многозабойными.

Скважины, бурящиеся с целью извлечения нефти, газа или воды из недр, а также с целью поиска, разведки, выявления нефтегазоносных структур и др., делят на следующие категории: добывающие, нагнетательные, разведочные, наблюдательные и пьезометрические.

Скважины, предусмотренные для добычи нефти, газа или конденсата, называют добывающими, а предназначенные для закачки (нагнетания) в пласты воды (сжатого газа, воздуха) –

нагнетательными.

Разведочные скважины бурят на новых площадях для определения нефтегазоносности того или иного месторождения или установления границы (контура) его распространения.

Скважины наблюдательные и пьезометрические преду-

смотрены для проведения наблюдений и исследовательских работ по определению состояния пласта и пластовых жидкостей, по контролю за ведением процессов поддержания пластовых давлений и других методов воздействия на залежи.

6

elib.pstu.ru

1.2. Энергетика продуктивного пласта

Каждая нефтяная и газовая залежь обладает запасом естественной пластовой энергии, количество которой определяется величиной пластового давления (Рпл) и общим объемом всей системы, включая нефтяную и водяную зону.

Пластовое давление включает в себя гидростатическое давление, избыточное давление залежей нефти или газа (архимедова сила), давление, возникающее в результате изменения объема резервуара (порового или трещинного пространства), а также расширения (или сжатия) флюидов и изменения их массы. Различают начальное пластовое давление (cреднее пластовое давление, определенное по группе разведочных скважин в самом начале разработки) и текущее пластовое давление.

Пластовое давление изменяется как по площади распространения пласта, так и по глубине нефтяных и газовых залежей и по мощности водоносных горизонтов, увеличиваясь с возрастанием ее пропорционально плотности подземного флюида. Пластовое давление, относящееся к какой-либо одной плоскости сравнения (уровень моря, первоначальное положение водонефтяного контакта), называют приведенным пластовым давлением.

В самой скважине выделяют статическое давление на забое скважины, т.е. это давление, устанавливающееся после длительной ее остановки. Оно равно гидростатическому давлению столба жидкости в скважине высотой (по вертикали), равной расстоянию от уровня жидкости до глубины, на которой производится измерение. Статический уровень – уровень столба жидкости, установившийся в скважине после ее остановки. Динамическое давление на забое скважины (Рз) – это давление, которое устанавливается на забое во время отбора жидкости или газа из скважины или во время их закачки. Динамический уровень – уровень столба жидкости, установившийся в скважине при ее работе.

7

elib.pstu.ru

До вскрытия пласта скважинами жидкость и газ находятся в статическом состоянии и располагаются по вертикали соответственно своим плотностям. После начала эксплуатации равновесие в пласте нарушается: жидкости и газ перемещаются к зонам пониженного давления ближе к забоям скважин. Это движение происходит вследствие разности (перепада) пластового (начального) давления (Рпл) и давления у забоев скважин (Рпл – Рз). Накопленная пластовая энергия расходуется на перемещение жидкости и газа по пласту и подъем их в скважинах, а также на преодоление сопротивлений, возникающих при этом перемещении.

В зависимости от геологических условий и условий эксплуатации пластовая энергия проявляется в виде сил, способствующих движению флюидов.

1.3. Конструкции забоев скважин

Конструкция забоя скважины должна обеспечивать [5]:

•механическую устойчивость призабойной части пласта, доступ к забою скважин спускаемого оборудования, предотвращение обрушения породы;

•эффективную гидродинамическую связь забоя скважины

снефтенасыщенным пластом;

•возможность избирательного вскрытия нефтенасыщенных и изоляцию водоили газонасыщенных пропластков, если из последних не намечается добыча продукции;

•возможность избирательного воздействия на различные пропластки или на отдельные части (по толщине) монолитного пласта;

•возможность дренирования всей нефтенасыщенной толщины пласта.

Геологические и технологические условия разработки месторождений различны, поэтому существует несколько типовых конструкций забоев скважин [19]:

8

elib.pstu.ru

ми, склонными к набуханию и обрушению без газоносных и водоносных прослоев;

•при наличии до вскрытия пласта достаточно точных данных об отметках кровли и подошвы продуктивного пласта;

•при относительно малой толщине пласта, оставляемого без крепления, а также если при эксплуатации такой скважины не может возникнуть необходимость избирательного воздействия на отдельные пропластки.

Существенным достоинством открытого забоя является его гидродинамическая эффективность.

Скважина с открытым забоем принимается за эталон и ее коэффициент гидродинамического совершенства принимается равным единице.

Вместе с тем невозможность избирательного вскрытия нужных пропластков и избирательного воздействия на них вместе с постоянной угрозой обвалов в призабойной зоне при создании больших депрессий сильно ограничивают возможности использования открытого забоя.

2.Если забой скважины оборудован фильтром, то возможны два варианта конструкции.

Первый вариант (рис. 1.2, а): скважина бурится сразу до подошвы пласта, крепится обсадной колонной с заранее на-

9

elib.pstu.ru

сверленными отверстиями в нижней части, приходящимися против продуктивной толщи пласта, затем выше кровли пласта колонна цементируется по способу манжетной заливки.

Пространство между перфорированной частью колонны и вскрытой поверхностью пласта остается открытым.

Условия применения такой конструкции по существу одинаковы с условиями для применения открытого забоя. Однако в этом случае более надежно крепление забоя и гарантируется сохранение полного диаметра колонны до самого забоя даже в случаях частичного обрушения пород в призабойной части.

Рис. 1.2. Конструкция забоя скважины с фильтром: а – забой, перекрытый хвостовиком колонны, перфорированной перед ее спуском; б – забой с фильтром

Второй вариант (рис. 1.2, б): башмак обсадной колонны спускается до кровли пласта и цементируется. В открытой части пласта находится фильтр с мелкими круглыми или щеле-

10

elib.pstu.ru