44 Механизированные способы эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

Механизированные способы – это способы добычи, при которых нефть поднимается на земную поверхность за счет подводимой извне энергии. Существуют две разновидности механизированного способа эксплуатации — компрессорный и насосный.

При компрессорном, или газлифтном, методе в скважину компрессором закачивают газ, который смешивается с нефтью. Плотность нефти снижается, забойное давление становится ниже пластового, что вызывает движение жидкости к поверхности земли. Иногда в скважину подают газ под давлением из близко расположенных газовых пластов (метод бескомпрессорного газлифта). На некоторых старых месторождениях существуют системы эрлифта, в которых в качестве рабочего агента используют воздух.

Недостатки этого метода — необходимость сжигания попутного нефтяного газа, смешанного с воздухом, повышенная коррозия трубопроводов. Газлифтный метод применяется на месторождениях Западной Сибири, Туркмении, Западного Казахстана.

При насосном способе эксплуатации на определенную глубину спускают насосы, которые приводятся в действие за счет энергии, передаваемой различными способами. На большинстве нефтедобывающих месторождений мира получили распространение штанговые насосы.

Для подъема нефти штанговыми насосами в скважину опускают трубы, внутри которых находятся цилиндр и всасывающий клапан

1. В цилиндре перемещается вверх и вниз плунжер с нагнетательным клапаном

2. При движении плунжера вверх нагнетательный клапан закрыт, так как на него давит жидкость, находящаяся в насосных трубах, а всасывающий клапан открыт. При движении плунжера вниз нижний всасывающий клапан закрывается, а верхний нагнетательный клапан открывается. Жидкость из цилиндра переходит в пространство над плунжером. Постепенно поднимаясь, нефть выходит на поверхность. Возвратно-поступательное движение передается плунжеру от балансира 6 станка-качалки, с которым плунжер соединен системой стальных насосных штанг. Производительность штанговых глубинных насосов при глубине скважины 200—400 м достигает 500 м3/сут, а при глубине до 3200 м составляет не более 20 м3/сут.

Существуют также способы извлечения нефти с применением бесштанговых насосов. В этих случаях к насосу подводят через ствол скважины электрическую энергию (по специальному кабелю) или другой поток энергонесущей жидкости (сжатый газ, теплоноситель). Наиболее распространены в нашей стране установки с центробежными электронасосами. Установка с погружным электронасосом состоит из погружного электродвигателя, многоступенчатого насоса и кабельной линии, опускаемых с помощью насосных труб в скважину. На земле устанавливают станцию управления и трансформатор.

45 Фонтанная эксплуатация

Фонтанная эксплуатация – это способ эксплуатации скважин, при котором подъем не­фти или смеси нефти с газом от забоя на поверхность осуществляется за счет природной энергии.

Если давление столба жидкости, заполняющей скважину, меньше пластового давления и призабойная зона не загряз­нена (ствол скважины сообщается с пластом), то жидкость будет переливаться через устье скважины, т. е. фонтаниро­вать. Фонтанирование может происходить под влиянием гид­ростатического напора или энергии расширяющегося газа, или того и другого вместе.

В большинстве случаев главную роль в фонтанировании скважин играет газ, содержащийся вместе с нефтью в пла­сте. При эксплуатации скважины, пробу­ренной на такой пласт, свободный газ из нефти начинает выделяться лишь в подъемных трубах и на такой глубине, где давление ниже давления насыщения нефти газом. В этом случае подъем нефти в скважине будет происходить за счет гидростатического напора и энергии сжатого газа, про­являющейся только в верхней части скважины.

На глубине, соответствующей давлению насыщения нефти газом, газ начинает выделяться из нефти в виде мель­чайших пузырьков. По мере продвижения вверх пузырьки газа испытывают все меньшее давление, в результате чего их объем увеличивается, а плотность смеси жидкости и газа начинает снижаться. Общее давление столба газожидкостной смеси на забой скважины становится меньше пластового, что вызывает самоизлив нефти, т. е. фонтанирование скважины.

Подъем жидкости и газа на поверхность происходит по трубам небольшого диаметра, спускаемым в скважины перед началом их эксплуатации. Эти трубы называются насосно-компрессорными (НКТ). В зависимости от способа эк­сплуатации их также называют фонтанными, компрессорны­ми, насосными, а также подъемными (лифтовыми).

Общероссийским стандартом предусмотрено изготовление насосно-компрессорных труб следующих условных диаметров (по внешнему диаметру): 33, 42, 48, 60, 73, 89, 104 и 114 мм с толщиной стенок от 3,5 до 7 мм. Длина одной трубы состав­ляет 5 — 8,5 м (в среднем 8 м). Трубы изготавливаются бес­шовными, т. е. цельнотянутыми из сталей высокопрочных марок. На концах каждой трубы нарезают одинаковую резь­бу. На один ее конец на заводе навинчивают муфту, чтобы при свинчивании трубы со свободным концом другой трубы муфта не отвинчивалась.

При фонтанной эксплуатации в большинстве случаев при­меняют насосно-компрессорные трубы диаметрами 60, 73 и 89 мм, а для высокодебитных скважин — диаметрами 102 и 114 мм. Трубы обычно спускают до фильтра.

Применение подъемных труб при фонтанной эксплуата­ции диктуется следующими соображениями:

1. Облегчаются работы по освоению скважины. Два са­мостоятельных канала в ней (подъемные трубы и затрубное пространство) позволяют заменять глинистый раствор в стволе более легкой жидкостью (вода, нефть). Кроме того, подъем­ные трубы позволяют осваивать скважину при помощи ком­прессора.

2. Рационально используется энергия расширяющегося газа. При подъеме смеси по каналу с незначительной площадью поперечного сечения (подъемные трубы) резко сокращаются потери нефти при стекании ее вниз по стенкам труб и умень­шаются потери на трение в результате скольжения газа. Кроме того, из нефти выделяется меньшее количество газа, чем при фонтанировании через эксплуатационную колонну, а следо­вательно, в большей степени снижается удельный вес газа. Поэтому фонтанирование может происходить при небольшом пластовом давлении.

3. Использование подъемных труб самого малого диамет­ра — один из способов продления фонтанирования малодебитных скважин.

4. Предотвращается образование песчаных пробок на за­бое скважин, так как большие скорости газонефтяной струи в трубах меньшего сечения обеспечивает полный вынос на поверхность песка из скважины.

5. Облегчается борьба с отложениями парафина, образую­щимися при добыче нефтей, в которых содержится значи­тельное количество парафина.

Устье фонтанных скважин оборудуют прочной стальной арматурой, состоящей из трубной головки фонтанной елки. Трубная головка предназначена для подвески фонтанных труб и герметизации межтрубного пространства, фонтанная елка — для направления газожидкостной струи в выкидные линии, а также для регулирования и контроля работы сква­жин. Так как фонтанные елки по условиям эксплуатации относят к одному из наиболее ответственных видов промыс­лового оборудования, их испытывают на давление, вдвое превышающее паспортную величину.