Оборудование для добычи нефти и газа Том 1

Р и с. 2.2.23. С к в а ж и н н ы й с т р у й н ы й а п п а р а т :

1 - колонна ПК Г; 2 - корпус струнного аппарата; 3 - приемная камера; 4 - сопло, 5 - камера смеш ения; 6 - диф ф узор; 7 - перепускной канал, 8 - золотниковая

труб 1 сбрасываемым клапаном 14 разделяется на верхнюю и нижнюю зоны; верхняя зона колонны труб / через верхнее перепускное отвер­ стие 12 втулки' 8 сообщается с распределительным каналом 10, а ниж­ няя зона колонны труб / через нижнее перепускное отверстие 13 со­ общается с подводящим каналом //, который сообщен с приемной камерой 3 струйного аппарата. В случае если на колонне труб 1 ниже струйного аппарата установлен гидравлический пакер, распредели­ тельный канал 7 сообщен с гидравлической полостью пакера. Таким образом, в результате перемещения золотниковой втулки 8 в нижнее положение, струйный аппарат переходит в рабочее состояние. Жидкая рабочая среда по колонне труб 1 через верхнее перепускное отверстие 12 золотниковой втулки 8 поступает в распределительный канал 10, из которого жидкая рабочая среда поступает в гидравлическую по­ лость пакера (что вызывает его фиксирование в обсадной колонне и разделение затрубного пространства скважины на верхнюю и ниж­ нюю зоны) и в сопло 4 струйного аппарата. Истекая из сопла 4, жид­ кая рабочая среда откачивает смесь с кольматирующими частицами из зоны скважины ниже пакера. В камере смешения 5 жидкая рабочая среда, смешиваясь с откачиваемой, передает ей часть своей энергии. Далее смесь сред из камеры смешения 5 поступает в диффузор 6 и далее в затрубное пространство скважины выше пакера. По затрубному пространству скважины смесь сред подается на поверхность.

Данное устройство может быть использовано для откачки различ­ ных жидких сред или сред с примесями твердых частиц (пульп) из скважин, а также может быть использовано при ремонте и проведении профилактических работ на скважинах.

т а itu iia X ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДЪЕМА

Ш СКВАЖИН ПРОДУКЦИИ ПЛАСТА

33 ьклашзиЦижпшш юоиг© оборудования, применяемого при эксплуа- •Eauiii* н«зфггз>«11гх шоодргакдений, даны основные подгруппы оборудо- =ван1€я ли» ггшдьеш т ошажины продукции пласта. В данном разделе 'мат^}шя!ишшгшкся шсоответствии с делением оборудования по классС№[)икаини,щр»ш£дшшй во введении.

СОднаю) аюиь тшямюншость использовать и другую классификацию, :1здгфозде1янщь)№ по характеру энергии, используемой для тада^ш;тдощмшшш шиста. и по способу использования этой энергии.

ГПшшеднивамашжин продукции пласта (нефти, воды, газа) осущест- гЮмхггоязшфштотмщенной энергии нефтесодержащего пласта или за :ся<л\тюншн1шзезшьшмии энергии, вводимой в пласт, например, при лод-

.звдхтшш ппшпгашиг© давления, или энергии, передаваемой жидкости нз-лэ1шшк1Н€е11^и шетьеме продукции пласта на поверхность газлифтом

.•и.4йшшшй1.® [шсжяинем случае характер используемой энергии и спо_сш) зес ишдолшшвдия в значительной степени определяют состав и тип ЛШДОУДВДШШ&, применяемого для подъема нефти из скважин. По- ш чшяаш© принять за основу при классификации соответст-

чхутдштююшр^шшадя.

ПЦршнпнке т основу классификации источника энергии в скважине и олшшхпп IBE шгатльзования позволяет наиболее полно представить mitpmt) !1$шмодвзмое. возможно, разрабатываемое и другое оборудо­ вание дти шюопьема жидкости и газа из скважин. В то же время при током тшгпршнм классификации имеется возможность ее расшире­ ния ;и упглшшиия. а также пополнения новыми разделами (новыми шггоннжчшши энергии, способами ее использования и новыми видами

лшррудшштэд).

классификации оборудования, предназначенного для подшив яродгукшш пласта из скважины, приводит к выводу, что оно окинь [рвднооьразно. Это обусловлено весьма различными условиями добычи .‘нефти:- разным характером и количеством пластовой энергии, рцзтюбртшгм отборов жидкости и глубин, с которых она поднимается,

нефти, коллекторов, климатических условий, степени ooyrnpotoraa промыслов, наличием энергетической, ремонтной и дру­ гих лш ИНри всех методах добычи продукция пласта поднимается на каклчо-то тш*п' з стволе скважины за счет пластовой энергии, т. е. во адех rjrvHiHre используется пластовая энергия.

ilthtwiua этой энергии, хватает на подъем жидкости выше устья, и то­ гда iipti штамовке на устье арматуры продукция пласта отводится в

промысловую сеть. В большинстве эксплуатируемых скважин пласто­ вой энергии на интенсивное фонтанирование не хватает, и тогда добав­ ляется энергия сжатого газа, или электроэнергия, приводящая в дейст­ вие центробежный насос, или теплота при термолифте. Первыми двумя способами обычно поддерживается большой дебит фонтанирующих скважин. Если же пластовой энергии недостаточно для подъема про­ дукции пласта до устья, то используются опять-таки подача сжатого газа, центробежный насос с электроприводом или другие способы подъема жидкости (насосы друг их типов, термолифт).

В настоящее время на промыслах широко применяются оборудова­ ние для фонтанных скважин, скважинные центробежные насосы с элек­ троприводом, штанговые насосы, расширяется применение компрес­ сорного газлифта, винтовых насосов с электроприводом, гидропоршне­ вых насосов (с гидроприводом). Это оборудование далее подробно опи­ сано. В книге также кратко отражен имеющийся опыт применения плунжерных насосов с электроприводом, лопастных насосов с гидро­ приводом, гидроштанговых насосов и термолифта.

Проводились опыты со скважинными поршневыми насосами, при­ водимыми в действие сжатым газом, показавшие неэффективность та­ ких установок. Ведутся исследования по применению вибрационных насосов и струйных аппаратов при некоторых специфических условиях подъема жидкости из нефтяных скважин. По этим установкам пока нет материалов для их изучения.

3.1. ОБОРУДОВАНИЕ ФОНТАННЫХ СКВАЖИН

Оборудование фонтанной скважины обычно состоит из арматуры устья и колонны НКТ Колонна НКТ в некоторых случаях оснащается приемной воронкой, иногда клапанами-отсекателями или седлами для установки вставных клапанов-отсекателей. Иногда в скважине устанав­ ливают пакер.

Несмотря на относительную простоту оборудования скважин для фонтанной добычи нефти и газа, оно выполняет очень ответственные функции и должно быть особенно надежно, так как аварии с оборудо­ ванием при фонтанировании могут привести к выбросам и пожарам. Кроме того, оно часто весьма металлоемко (масса арматуры устья скважины составляет от 0,6 до 4,0 т), что при значительном числе фон­ танирующих скважин ведет к большому расходу металла. Поэтому при конструировании арматуры необходимо стремиться не только к увели­ чению ее надежности, но и к сокращению металлоемкости.

решать давления в них и выполнять необходимые исследования скважины. Фонтанная елка монтируется на трубной головке и предназначается для направления отбираемых из скважины жидкости и газа в мани-

фольд, регулирования и контроля за работой фонтанной скважины. Основными деталями и узлами арматуры являются крестовина У,

имеющая два боковых отвода, тройник 2, имеющий один боковой от­ вод, катушка или переводник 2, запорное устройство 4, фланец под ма­ нометр или буфер 5, кран <5, манометр 7, дроссель 5, ответный фланец 9.

Крестовина и тройник позволяют отводить добываемую смесь к манифольдам или иметь сообщение с одним из межтрубных пространств. На этих же деталях можно подвесить колонну НКТ. Для этого детали могут иметь резьбу. Колонна подвешивается непосредственно на этой резьбе или через переводный патрубок 10. Катушка или переводник служат для под­ вески НКТ или для перехода с одного размера деталей арматуры на другой.

Запорные устройства служат для полного перекрытия или полного от­ крытия проходного сечения ствола или отвода. Регулировка параметров по­ тока неполным закрытием запорного устройства не допускается. Для регу­ лировки параметров потока и, следовательно, режима работы скважины ис­ пользуются специальные узлы - дроссели (штуцера). Дроссель имеет кор­ пус, в который вставлена стационарная или сменная втулка с небольшим по диаметру отверстием. Через отверстие втулки проходит вся продукция скважины. Подбором размера отверстия регулируют дебит скважины.

Детали и узлы арматуры соединяются между собой резьбой, флан­ цами с уплотнениями или хомутами.

По этому признаку арматура делит­ ся на резьбовую, фланцевую и хомутовую (или бугельную).

Вертикальная, стволовая часть ел­ ки может иметь отводы в одну сторо­ ну (через тройники) или в две сторо­ ны (через крестовины). По этому при­ знаку арматура делится на тройниковую (рис. 3.1.2, я, б) и крестовую (рис.

3-1.2, в, г) [ 10].

Рис. 3.J.2. Типовые схелт фонтанной арматуры:

/ - манометр; 2 - запорное устройство к манометру; 3 - фланец под манометр; 4 - тройник; 5 - Дроссель, 6 - запорное устройство отвода; 7 -

буфер; 8 - ответный фланец; 9 крестовина,

устанавливаемая на колонной головке; 10 -

переводник трубной головки; 11 стволовое

запорное устройство; 12 - кресговина елки

водов по вертикали (один над другим) увеличивает высоту арматуры, что усложняет ее обслуживание.

Тройниковую арматуру рекомендуется использовать при низких и средних давлениях.

Для средних и высоких давлений ГОСТ рекомендует применять крестовую арматуру. Крестовая арматура значительно ниже тройниковой, что облегчает ее обслуживание. Общая высота арматуры при кре­ стовой схеме и наличии дублирующих стволовых запорных устройств меньше, чем высота тройниковой арматуры.

К недостаткам крестовой арматуры относится то, что при выходе из строя одного из отводов необходимо закрывать нижнее стволовое за­ порное устройство, а следовательно, останавливать скважину. У трой­ никовой арматуры с верхним рабочим отводом (схема б) при выходе его из строя можно закрыть среднюю стволовую задвижку и включить в работу нижний резервный (запасной) отвод.

При исследовании скважин часто необходимо устанавливать над фонтанной елкой лубрикатор для спуска того или иного прибора. Для этой цели в тройниковой и крестовой арматуре предусмотрено верхнее стволовое запорное устройство.

Условия работы арматуры фонтанных скважин в большинстве слу­ чаев таковы, что для обеспечения безаварийной и долговечной работы оборудования необходим тщательный выбор его схем, конструкции узлов и материалов деталей. Давление в фонтанирующих скважинах может доходить до 100 МПа, причем оно изменяется, пульсирует. Ско­ рость движения выходящей из скважины смеси жидкости, газа и меха­ нических примесей (например, кварцевого песка) в некоторых частях арматуры достигает нескольких десятков метров в секунду. Жидкость и газ часто агрессивны и вызывают интенсивную коррозию арматуры.

Аварии с арматурой, установленной на скважинах, приводят к от­ крытому фонтанированию, а иногда к выбросу труб и пожарам. Ликви­ дация таких аварий требует больших затрат и времени. С другой сторо­ ны, масса и стоимость арматуры, устанавливаемой на одной скважине, велики. Так, например, масса комплекта арматуры на 21 МПа для двух­ рядного подъемника составляет около 3 т. При выборе и разработке арматуры необходимо учитывать и эти факторы.

Вследствие тяжелых условий работы арматуры ее крестовины, тройники, переводники, фланцы и корпусные детали запорных уст­ ройств выполняются только из стали. Уплотнение между фланцами арматуры осуществляется стальными кольцами.

Распространены литые и сварные детали арматуры. Для изготовления элементов фонтанной арматуры применяются стали марок сталь 45, 40ХЛ,

Рис. 3 .13 . С хем ы облегч ен н ой крест овины :

стали. Уплотняющие кольца изго­ тавливают из стали марок 08КП, сталь 20, сталь 30, сталь 40 и леги­ рованные стали (для коррозионно­ активных сред) [10, 12].

Через втулки дросселей продукция скважины проходит с большой скоростью, доходящей до 80... 120 м/с. При этом продукция скважин со­ держит песок, агрессивную жидкость. Поэтому втулки изготавливаются из закаленных сталей, твердых сплавов, металлокерамики, термокорунда.

Постоянное совершенствование арматуры привело к существенному снижению ее металлоемкости и увеличению прочности. На рис. 3.1.3 показана сварная крестовина а и крестовина новой конструкции б. Кон­ структоры ищут возможность облегчения арматуры в конструктивном объединении нескольких элементов фонтанной арматуры (например, крестовины и тройника).

Сварные детали арматуры выполняются сваркой отдельных штампо­ ванных или кованых частей детали. Поскольку кованые или штампован­ ные части обладают большей прочностью, чем литые, при переходе на сварные детали можно существенно снизить их металлоемкость, увели­ чить надежность и упростить технологию изготовления. Эти же цели достигаются при изготовлении деталей новой конструкции и при конст­ руктивном объединении нескольких элементов фонтанной арматуры.

Стремление уменьшить металлоемкость арматуры новых видов ино­ гда может привести к некоторым неудобствам эксплуатации скважин и оборудования. Так, например, при использовании крестовины, показан­ ной на рис. 3.1.3, б, необходимо применять у боковых отводов шпильки, ввернутые в крестовину. При нарушении целостности резьб шпилек их сложнее заменить, чем шпильки с двумя гайками. А если нарушилась резьба в теле крестовины, то надо отправлять на ремонт всю крестовину. При аварийных ситуациях глушение струи, идущей из обычного фланце­ вого отвода (см. рис. 3.1.3, а), осуществить проще, чем при фланце, вы­ полненном в теле крестовины (см. рис. 3.1.3, б). Однако опыт эксплуата­ ции новых конструкций может дать новые приемы работы с ними, кото­ рые уменьшат или ликвидируют указанные недостатки.

Арматура устья скважины (материалы, рекомендованные для ее изго­ товления, приведены в табл. 3.1.1) соединяется с промысловыми трубо­ проводами манифольдами, составленными из типовых узловых сборок.