Техника и технология добычи нефти

При работе ШСНУ энергия от электродвигателя передается через редуктор к кривошипно-шатунному механизму, преобразующему вращательное движение выходного вала редуктора через балансир в возвратно -

поступательное движение колонны штанг. Связанный с колонной плунжер также совершает возвратно -

поступательное движение. При ходе плунжера вверх нагнетательный клапан закрыт давлением жидкости,

находящейся над плунжером, и столб жидкости в колонне насосно-компрессорных труб движется вверх — происходит откачивание жидкости. В это время впускной (всасывающий) клапан открывается, и жидкость заполняет объем цилиндра насоса под плунжером. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан под действием давления столба откачиваемой жидкости закрывается, нагнетательный клапан открывается и жидкость перетекает в надплунжерное пространство цилиндра. Откачиваемая жидкость отводится из колонны через боковой отвод устьевого сальника и направляется в промысловую сеть.

3. Основные режимы разработки нефтяных месторождений. Оборудование и технология эксплуатации скважин погружными электроцентробежными насосами.

Водонапорный режим – основной источник энергии напор краевой воды, которая внедряется в залежь и относительно быстро полностью компенсирует в объеме залежи отбираемое количество нефти и попутной воды.

Объем залежи постепенно сокращается за счет подъема ВНК.

При этом режиме с целью уменьшения отборов попутной воды из пласта в скважинах, пробуренных вблизи ВНК или в его пределах, нижнюю часть нефтенасыщенного пласта обычно не перфорируют.

консорциум «Н е д р а»

Режим свойственен к инфильтрационным водонапорным системам, при хорошей гидродинамической связи залежи с законтурной зоной пласта и с областью питания.

Упруговодонапорный режим – режим, при котором нефть вытесняется из пласта под действием напора краевой воды, но в отличие от водонапорного режима основным источником энергии при этом служит упругость пород-коллекторов и насыщающей их жидкости. Проявляется в инфильтрационных и элизионных водонапорных системах. Перфорация осуществляется как и при водонапорном режиме.

Газонапорный режим – это режим нефтяной части газонефтяной залежи, при котором нефть вытесняется из пласта под действием напора газа, заключенного в газовой шапке. В результате снижения пластового давления в нефтяной части залежи происходит расширение газовой шапки и соответствующее перемещение вниз ГНК.

Режим в чистом виде может действовать в залежах, не имеющих гидродинамической связи с законтурной областью, или при весьма слабой активности краевых вод. С целью предотвращения преждевременных прорывов газа в нефтяные скважины в них перфорируют нижнюю часть нефтенасыщенной толщины, т.е. отступают от ГНК.

Режим растворенного газа – режим нефтяной залежи, при котором пластовое давление падает в процессе разработки ниже давления насыщения, в результате чего газ выделяется из раствора и пузырьки выделившегося газа, расширяясь, вытесняют нефть к скважинам.

Гравитационный режим – это режим, при котором нефть перемещается в пласте к скважинам под действием силы тяжести самой нефти. Этот вид энергии может действовать, когда другими ее видами залежь не обладает.

консорциум «Н е д р а»

Режим может быть природным, но чаще проявляется после завершения действия режима растворенного газа, т.е.

после дегазации нефти и снижения пластового давления. Его проявлению способствует значительная высота залежи. Нефть в пласте стекает в пониженные части залежи.

Основные преимущества УЭЦН заключаются в наилучшей приспособленности к российским условиям добычи нефти, в возможности подбора установок и выборе эффективной технологии добычи нефти в широком диапазоне осложняющих факторов пластово-скважинных характеристик.

Установка погружного центробежного насоса включает в себя погружное и наземное оборудование.

В погружное оборудование входит: электронасосный агрегат, который спускают в скважину под уровень жидкости на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ).

Электронасосный агрегат состоит из: электродвигателя с гидрозащитой, газосепаратора, центробежного насоса, а также обратного и сливного клапанов.

К наземному оборудованию относится: электрооборудование установки и устьевое оборудование скважины

(колонная головка и устьевая арматура, обвязанная с выкидной линией).

Соединение наземного кабеля с основным кабелем кабельной линии осуществляется в клеммной коробке,

которая устанавливается на расстояние 3-5 метров от устья скважины.

консорциум «Н е д р а»

Необходимость эксплуатации ЭЦН в скважине накладывает ограничения на диаметр насоса. Большинство применяемых центробежных насосов для добычи нефти не превышает 103 мм (5А габарит насоса). В то же время длина ЭЦН в сборе может достигать 50 м.

Основными параметрами, определяющими характеристики работы насоса, являются: номинальный дебит или производительность (м3/сут), развиваемый напор при номинальном дебите (м), частота вращения насоса

(об/мин).

4. Конструкция скважины и её влияние на выбор эксплуатационного оборудования. Установка электровинтовых насосов. Конструктивная схема, принцип действия, параметры, обозначения и область применения.

Нефтяная скважина для добычи нефти в диаметре может составлять от 75 до 400 мм. Всё зависит от конкретных условий бурения, от типа залегающих на глубине пород, а также от размеров нефтеносного слоя. То есть больший диаметр позволяет вести выкачку нефти из недр земли с большей скоростью.

Скважина состоит из трёх основных частей: устья, ствола и забоя. Устье – это верхняя часть скважины,

которая предназначена для предотвращения обвалов и разрушений неплотных пород поверхностных слоёв, а

также для защиты от размытия буровым раствором. Ствол определяет направление бурени я и служит для удаления разрушенных пород из скважины. Забой служит для укрепления колонн на глубине и для добычи нефти из продуктивного пласта.

консорциум «Н е д р а»

Конструкция забоя скважины бывает двух типов - открытого и закрытого. Открытый забой, не обсаженный колонной, используют в твердых породах, где исключены обвалы. Встречается такой тип весьма редко. При закрытом забое продуктивный пласт обсаживают колонной с последующим цементированием и перфорацией.

Оборудование забоя скважины может включать и другие элементы, например, гравийный фильтр и т. п.

Конструкция скважин в вечномерзлых породах зависит от типа этих пород, определяемого минимальной температурой и склонностью оттаявших пород к усадкам.

Встречаются четыре типа вечномерзлых пород:

•высокотемпературные (Тм >-3 °C) - непросадочные слабольдистые, просадочные сильнольдистые;

•низкотемпературные (Т <-3 °C) непросадочные, просадочные.

На севере европейской части СССР и в Восточной Сибири наиболее часто встречаются вечномерзлые породы первого типа. Конструкция скважин для пород этого типа принципиально не отличается от конструкции скважин для обычных немерзлых пород. Необходимым условием при подборе обсадных колонн является учет дополнительных напряжений, которые могут возникнуть при длительных остановках скважин и п овторном промерзании оттаявших вокруг скважины пород.

консорциум «Н е д р а»

Электровинтовые насосы скомпонованы аналогично УЦЭН, но вместо гидродинамического центробежного насоса используется объемный винтовой насос. Это решение позволяет использовать все преимущества объемного насоса и преимущества компоновки агрегата ЦЭН.

Конструкция скважинного винтового насоса предусматривает использование двух уравновешенных винтов с правым 7 и левым 4 направлениями спирали. Винты изготовлены из титано­вых сплавов для увеличения износостойкости и полыми - для уменьшения инерционных усилий.

Осевые усилия от винтов приложены к эксцентриковой соединительной муфте 5, расположенной между ними, и взаимно компенсируются. Привод винтов осуществляется от расположенного в нижней части электродвигателя через протектор 10, эксцентриковую пусковую муфту 9 и вал 8. Эксцентриковые муфты обеспечивают необходимое вращение винтов 4 и 7. Пусковая муфта осуществляет пуск насоса при максимальном крутящем моменте двигателя, отключает насос при аварийном выходе его из строя, предотвращает движение винта в противоположную сторону при обесточивании двигателя или неправильном подключении кабеля.

консорциум «Н е д р а»

предохранительному клапану 1 поршеньково-золотникового типа. Обойдя по каналу предохранительный клапан,

жидкость проходит в шламовую трубку и попадает в НКТ.

Предохранительный клапан перепускает жидкость в НКТ при спуске насоса в скважину и из НКТ при подъеме, а также из НКТ в затрубное пространство при остановках насоса, недостаточном прит оке из пласта,

содержании в жидкости большого количество газа, повышении устьевого давления выше регламентированной величины (объемный насос не может работать при закрытом виде том выкиде). Шламовая труба представляет собой заглушённый сверху патрубок с боковыми отверстиями и предохраняет насос от попадания в него механических твердых частиц с поверхности и из откачиваемой жидкости при остановках. Шлам собирается между внутренней поверхностью НКТ и наружной поверхностью шламовой трубы.

В России технология добычи нефти с помощью винтовых насосов не имеет широкого применения, когда как в Канаде и Южной Америке доля винтовых насосов в механизированной добыче достигает 40 %. И этому есть несколько причин. Основным сдерживающим фактором является недостаток информ ации о данной технологии, оборудовании и условиях его применения.

5. Техника и технология перфорации скважин, кумулятивная перфорация. Виды подземного ремонта скважин: текущий и капитальный.

Существует четыре способа перфорации: пулевая, торпедная, кумулятивная, пескоструйная.

консорциум «Н е д р а»

Первые три способа перфорации осуществляются на промыслах геофизическими партиями с помощью оборудования, имеющегося в их распоряжении. Поэтому детально техника и технология этих видов перфорации первыми тремя способами изучается в курсах промысловой геофизики. Пескоструйная перфорация осуществляется техническими средствами и службами нефтяных промыслов. При пулевой перфорации в скважину на электрическом кабеле спускается стреляющий пулевой аппарат, состоящий из нескольких (8 - 10)

камор - стволов, заряженных пулями диаметром 12,5 мм. Каморы заряжаются взрывчатым веществом (ВВ) и

детонаторами. При подаче электрического импульса происходит залп. Пули пробивают колонну, цемент и внедряются в породу. Существует два вида пулевых перфораторов:

•перфораторы с горизонтальными стволами. В этом случае длина стволов мала и ограничена радиальными габаритами перфоратора;

•перфораторы с вертикальными стволами с отклонителями пуль на концах для придания полету пули направления, близкого к перпендикулярному по отношению к оси скважины.

Торпедная перфорация осуществляется аппаратами, спускаемыми на кабеле и стреляющими разрывными снарядами диаметром 22 мм. Внутренний заряд ВВ одного снаряда равен 5 г. Аппарат состоит из секций, в каждой из которых имеется по два горизонтальных ствола. Снаряд снабжен детонатором накольного типа. При остановке снаряда происходит взрыв внутреннего заряда и растрескивание окружающей горной породы. Масса ВВ одной камеры - 27 г. Глубина каналов по результатам испытаний составляет 100 - 160 мм, диаметр канала - 22 мм. На 1

консорциум «Н е д р а»

м длины фильтра обычно делается не более четырех отверстий, так как при торпедной перфорации часты случаи разрушения обсадных колонн.

Пулевая и торпедная перфорации применяются ограниченно, так как все больше вытесняются кумулятивной перфорацией.

Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел преграды достигается за счет сфокусированного взрыва. Такая фокусировка обусловлена коняческой формой поверхности заряда ВВ, облицованной тонким металлическим покрытием (листовая медь толщиной 0,6 мм). Энергия взрыва в виде тонкого пучка газов - продуктов облицовки пробивает канал.

Кумулятивная струя приобретает скорость в головной части до 6 - 8 км/с и создает давление на преграду до 0,15

- 0,3 млн. МПа. При выстреле кумулятивным зарядом в преграде образуется узкий перфорационный канал глубиной до 350 мм и диаметром в средней части 8 - 14 мм. Размеры каналов зависят от прочности породы и типа перфоратора.

Комплекс работ, связанных со спуском в скважины и подъ­емом труб, штанг, насосов или каких -либо инструментов, на­зывается подземным ремонтом.

консорциум «Н е д р а»