Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эксплуатация нефтяных скважин. Учебное пособие. Курс лекций
.pdf
1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В. Ф. Сизов,
Л. Н. Коновалова
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
(Курс лекций)
Направление подготовки 131000.62 – Разработка и эксплуатация
нефтяных и газовых месторождений
Профиль подготовки «Эксплуатация и обслуживание объектов
добычи нефти»
Бакалавриат
Ставрополь
2014
2
У
ДК 622.276.432+622.279.4(075
.8)
Печатается по реш
е
нию
ББК 33.36 я 7
3 р
едакционно
-
издательского
совета
С 34
Северо
-
Кавказского федеральн
ого университета
Сизов В. Ф., Коновалова Л. Н.
С 34 Эксплуатация нефтяных скважин: учебное пособие (курс
лекций). – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2014. – 135 с.
Целью написания лекций является рассмотрение основных
вопросов подготовки, освоения эксплуатационных и нагнетательных
скважин. Описываются способы эксплуатации, оборудование скважин,
установление технологических режимов работы, исследование
скважин. Виды подземного и капитального ремонтов скважин.
Пособие предназначено для студентов направления подготовки
131000.62 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых
месторождений.
УДК 622.276.432+622.279.4(075.8)
ББК 33.36 я 73
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент Л. М. Зиновьева,
канд. техн. наук, доцент П. Н. Ливинцев
© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский
федеральный университет», 2014
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Среди важнейших видов промышленной продукции одно из
главных мест занимают нефть, газ и продукты их переработки.
Достаточно сказать, что из всех видов энергетических ресурсов
(вода, уголь, горючие сланцы, атомная энергия и др.) около двух
третей потребностей обеспечивается за счет углеводородов. Невозможно представить сегодня современный транспорт и все многообразие двигательной техники без горюче-смазочных материалов, основой которых служат нефть и газ. Эти богатства земных недр добываются и потребляются в огромных количествах.
Природный газ и добываемый попутно с нефтью, являются сырьем для химической промышленности. Путем химической переработки газов получают и такие продукты, на изготовление которых
расходуется значительное количество пищевого сырья.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины, подразделяются на общекультурные компетенции и профессиональные компетенции.
Общекультурные компетенции предусматривают:
– умение обобщать, анализировать, воспринимать информа-
цию, ставить цели и выбирать пути ее достижения (ОК-1);
– стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации
и мастерства (ОК-9);
– осознавать социальную значимость своей будущей профес-
сии, иметь высокую мотивацию к выполнению профессиональной
деятельности (ОК-11);
– критически осмысливать накопленный опыт, изменять при
необходимости профиль своей профессиональной деятельности
(ОК-12).
Профессиональные компетенции предусматривают:
– самостоятельно приобретать новые знания, используя совре-
менные образовательные и информационные технологии (ПК-1);
– применять процессный подход в практической деятельности,
сочетать теорию и практику (ПК-6);
– осуществлять и корректировать технологические процессы
при строительстве, ремонте и эксплуатации скважин личного
назначения и профиля ствола на суше и на море, транспорте и хранении углеводородного сырья (ПК-7);
4
– эксплуатировать и обслуживать технологическое оборудова-
ние, используемое при строительстве, ремонте, реконструкции и
восстановлении нефтяных и газовых скважин, добыче нефти и газа,
сборе и подготовке скважинной продукции, транспорте и хранении
углеводородного сырья (ПК-8).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
ЗНАТЬ:
– технологию и технику различных способов добычи нефти и
газа;
– исследование скважин и проектирование технологического
режима их работы, оборудование нефтяных и газовых скважин;
– магистральный транспорт нефти и газа.
УМЕТЬ:
– выбирать способ скважинной добычи нефти и газа;
– проектировать технологический режим работы скважины;
– подбирать наземное и подземное оборудование;
– проводить исследования скважины и интерпретировать их результаты;
– выбирать способы подготовки нефти и газа к транспорту;
– владеть методами построения математических моделей типо-
вых профессиональных задач;
– методами гидравлического расчета нефтегазопроводов.
5
ЛЕКЦИИ
1. ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ
Подготовка скважины к эксплуатации – это комплекс работ,
которые проводят с момента вскрытия продуктивного пласта до вывода скважины в эксплуатацию. Комплекс включает вскрытие продуктивного пласта, спуск и цементирование обсадной эксплуатационной колонны, оборудование устья и забоя, перфорацию и освоение скважины. Выбор метода подготовки скважины к эксплуатации
определяется целым рядом геологических, технических, технологических и экономических факторов.
Вскрытие продуктивных пластов. При проведении этих работ
должны быть созданы благоприятные условия для притока нефти и
газа в скважину. Качественное их выполнение обеспечивает освоение скважины в кратчайший период, получение высокого текущего
дебита. Чем больше текущие дебиты скважин, тем меньше продолжительность разработки месторождения, а также меньше необходимое число скважин для достижения заданного срока разработки.
Для получения наибольшей нефтеотдачи необходимо обеспечить приток из всех пластов и пропластков эксплуатационного объекта, на который пробурена скважина.
Продуктивность скважины может быть значительно снижена,
а иногда вообще потеряна, если при вскрытии продуктивного пласта не учитывать физико-геологических условий пласта, пластового
давления, степени насыщения, степени дренирования. Различают
вскрытие продуктивных пластов бурением (первичное вскрытие) и
вскрытие перфорацией (вторичное вскрытие).
Методы вскрытия нефтяных и газовых пластов бурением могут
быть разными. Все они должны удовлетворять следующим основным требованиям:
– при вскрытии пластов, особенно с малым пластовым давлением, следует предупредить ухудшение фильтрационной способности призабойной зоны пласта;
– при вскрытии высоконапорных пластов (с пластовым давлением выше гидростатического давления) необходимо не допустить
возможности открытого (аварийного) фонтанирования скважины;
6
– должны быть созданы соответствующие и надежные кон-
струкции стволов и забоев скважин.
При вскрытии пластов их фильтрационная способность ухудшается в результате:
– поглощения бурового раствора пластом по трещинам, кавернам и каналам;
– проникновения фильтрата бурового раствора в поровое пространство;
– проникновения твердых частиц бурового раствора в поровое
пространство.
Глубина проникновения в пласт твердых частиц бурового раствора может составлять до 40 мм, фильтрата – до 3 м и бурового
раствора – до нескольких метров. Твердые частицы свободно поступают в трещину, если раскрытие (ширина) ее достигает двух
диаметров частиц. При меньших раскрытиях трещин одна частица
может заклинивать другую в трещине. Предупредить или уменьшить эти отрицательные последствия можно подбором качественного бурового раствора. Он должен обладать малой водоотдачей,
плотностью, обеспечивающей допустимую репрессию давления (5–
15 % от пластового давления) и предупреждающей аварийное фонтанирование, высокой стабильностью (отсутствие расслоения на
твердую и жидкую фазы) и не вызывать набухания глин и образования эмульсий. Работы по вскрытию продуктивного пласта регламентируются соответствующими документами с целью обеспечения
максимально возможного сохранения его коллекторских свойств.
1.1. Оборудование скважины
По назначению выделяют скважины:
– добывающие – нефтяные и газовые, предназначенные для до-
бычи нефти, газа и попутной воды;
– нагнетательные, служащие для нагнетания в пласт воды, па-
ра, газа и различных растворов;
– специальные, используемые для выполнения специальных ра-
бот и исследований.
В настоящее время нефть добывают двумя основными способами: фонтанным и механизированным. При фонтанном способе
жидкость и газ поднимаются по стволу скважины от забоя на поверхность только под действием пластовой энергии, которой обла-
7
дает нефтяной пласт. Фонтанный способ наиболее экономичен и его
применяют на вновь открытых, энергетически не истощенных месторождениях. Если скважины не могут фонтанировать, то их переводят на один из механизированных способов добычи нефти: газлифтный или насосный с расходованием дополнительной, искусственно вводимой в скважину энергии. При газлифтном способе
добычи нефти в скважину для подъема нефти на поверхность закачивают с помощью компрессоров сжатый газ (углеводородный газ
или крайне редко воздух), т. е. подают энергию расширения сжатого газа. В насосных скважинах жидкость поднимают на поверхность
с помощью спускаемых в скважину насосов – скважинных штанговых или погружных электроцентробежных насосов.
В газовых скважинах газ поступает на поверхность под действием пластового давления.
Оборудованием скважины называют все те части ее конструкции, которые обеспечивают отбор продукции (закачку) в надлежащем режиме, проведение всех технологических операций в процессе эксплуатации и гарантируют от возникновения открытых фонтанов и загрязнения окружающей среды. Обычно различают наземное
и подземное оборудование. Наземное (устьевое) оборудование
включает арматуру, устанавливаемую на устье, подземное – оборудование ствола скважины.
В целом конструкция ствола скважины представлена в зависимости от геологических и технологических факторов несколькими
концентрически спущенными на различную глубину колоннами
обсадных труб: кондуктором, одной, двумя или тремя техническими и эксплуатационной колоннами. Эксплуатационная колонна
окончательно образует ствол скважины. Внутренний ее диаметр при
толщине стенки труб 6 – 14 мм изменяется от 96,3 до 168 мм, составляя в большинстве 114–168 мм.
Верхняя часть обсадных труб всех скважин заканчивается колонной головкой. Она предназначена для подвешивания и обвязки
обсадных колонн с целью герметизации всех межтрубных пространств, контроля и управления межтрубными проявлениями и
служит основанием для устьевого оборудования.
Широкое применение нашли колонные головки муфтового типа (ГКМ). Их основные узлы – корпус, навинченный на внешнюю
трубу, и специальная муфта с фланцем для подвешивания внутрен-
8
ней трубы. Уплотнение межтрубного пространства достигается самоуплотняющейся резиновой манжетой и двумя медными кольцами
за счет прижатия муфты в корпусе фланцем через два полукольца.
В случае трех и более колонн обсадных труб используется две и
более таких секций ГКМ.
Более совершенна колонная головка клинового типа (ГКК).
Она состоит из корпуса, клиньев для подвешивания внутренней колонны труб, пакера, обеспечивающего герметичность межтрубного
пространства, катушки для установки фонтанной арматуры и промежуточного патрубка.
Для скважин, предназначенных для закачки горячей воды или
пара в пласт, разработаны колонные головки сальникового типа
(КГС). Они отличаются от головки ГКМ и ГКК наличием сальникового устройства, позволяющего эксплуатационной колонне перемещаться вверх или вниз при температурных деформациях.
В зависимости от назначения и способа эксплуатации скважины на колонную головку устанавливают соответствующее устьевое
оборудование. Фонтанные, газлифтные и газовые скважины оборудуют фонтанной арматурой, которая включает трубную головку,
елку, и оканчивается сверху буферным патрубком.
Насосно-компрессорные трубы. При всех способах эксплуатации скважин подъем жидкости и газа на поверхность происходит
обычно по насосно-компрессорным трубам (НКТ), которые спускают в скважины перед началом их эксплуатации. Эти трубы применительно к способам эксплуатации еще называют фонтанными,
компрессорными, насосными, подъемными или лифтовыми.
Трубы с высаженными наружу концами (равнопрочные) рассчитывают по пределу прочности с учетом собственной массы при
коэффициенте запаса, равном 1,5, а остальные (не равнопрочные) –
по страгивающей нагрузке.
Трубы всех типов исполнения А изготовляют длиной 10 м,
а исполнения Б – двух длин: от 5,5 до 8,5 м и от 8,5 до 10 м.
Гладкие трубы исполнения Б изготовляют до группы прочности Н включительно с термоупрочненными концами (ТУК).
На каждую трубу на расстоянии 0,4–0,6 м от ее конца наносят
ударным способом и накаткой маркировку: условный диаметр трубы в миллиметрах; номер трубы; группа прочности; толщина стенки в миллиметрах (для труб с условным диаметром 73 и 89 мм), то-
9
варный знак предприятия – изготовителя, месяц и год выпуска. Рядом с этой маркировкой наносят еще маркировку устойчивой светлой краской (кроме труб с условным диаметром 27–48 мм): условный диаметр трубы в миллиметрах; группа прочности (в том числе
с ТУК); толщина стенки в миллиметрах (для труб с условным диаметром 73 и 89 мм); длина трубы в сантиметрах; масса трубы в килограммах; тип трубы (кроме гладких труб); вид исполнения (для
труб исполнения Л); наименование или товарный знак предприятияизготовителя.
В основном применяют трубы условным диаметром (округленным наружным) 60 и 73 мм. Предельная глубина спуска НКТ в фонтанную скважину в зависимости от диаметра и группы прочности
составляет 1780–4250 м, а допускаемый минимальный зазор между
внутренней стенкой обсадной колонны и наружной стенкой муфты
НКТ – 12–15 мм.
Это значит, что максимальный диаметр НКТ не должен превышать при 146-миллиметровой эксплуатационной колонне 73 мм,
при 168-миллиметровой – 89 мм и при 194-миллиметровой – 114 мм
(взято по условным диаметрам обсадных труб и НКТ).
1.2. Конструкция оборудования забоев скважин
Конструкция крепления скважины определяется геологическими и техническими факторами с учетом ее длительной эксплуатации. Важным элементом конструкции скважины является конструкция призабойной части. Конструкция забоя скважины должна
обеспечивать:
– механическую устойчивость призабойной части пласта, доступ к забою скважин спускаемого оборудования, предотвращение
обрушения породы;
– эффективную гидродинамическую связь забоя скважины
с нефтенасыщенным пластом;
– возможность избирательного вскрытия нефтенасыщенных и
изоляцию водо- или газо-насыщенных 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.
10
а б в г
Геологические и технологические условия разработки месторождений различны, поэтому существует несколько типовых конструкций забоев скважин.
При открытом забое (рис. 1.1 а) башмак обсадной колонны цементируется до кровли пласта. Затем пласт вскрывается долотом
меньшего диаметра, причем ствол скважины против продуктивного
пласта оставляется открытым. Такая конструкция возможна при
достаточно устойчивых горных породах; при сравнительно однородном пласте, не переслаивающимся глинами; 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 в том случае, если при
эксплуатации такой скважины не может возникнуть необходимость
избирательного воздействия на отдельные пропластки.
Рис. 1.1. Способ вскрытия пласта:
а – открытый забой; б – забой, перекрытый хвостовиком колонны,
перфорированным перед ее спуском; в – забой с фильтром;
г – перфорированный забой
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 избиратель-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]