2.3 Оборудование фонтанных скважин

Оборудование фонтанных скважин подразделяют на подзем­ное и наземное. К подземному оборудованию относят насосно-компрессорные трубы, из которых состоит фонтанный подъем­ник; к наземному—колонную головку, фонтанную арматуру и выкидные линии.

Колонна фонтанных труб, спускаемых в скважину, служит для подъема жидкости и газа на поверхность, предохранения колонны обсадных труб от коррозионного и эрозионного износа при добыче нефти, содержащей воду и песок, регулирования режима работы фонтанной скважины, предупреждения образо­вания на забое столба воды или песчаной пробки, глушения скважины закачкой жидкостей глушения, промывки скважины и обработки призабойной зоны пласта с применением различ­ных методов воздействия; предохранения обсадной колонны от высокого давления, возникающего при обработке скважин.

Для оборудования фонтанных скважин применяют бесшов­ные, т. е. цельнотянутые насосно-компрессорные трубы диамет­ром 38, 50, 63, 73, 89, 102 и 114 мм с толщиной стенок от 4 до 7 мм, длиной 5,5—10 м (в среднем 8 м). Трубы изготовляют из сталей групп прочности Д, К, Е, Л, М с высокими механиче­скими свойствами.

Насосно-компрессорные трубы выпускают двух типов: с вы­саженными наружу концами и гладкие (одинакового размера по всей длине) (рис. 7). Гладкие трубы неравнопрочные: прочность их в нарезанной части составляет 80—85 % прочно­сти ненарезанной части. У труб с высаженными наружу кон­цами прочность в нарезанной части равна прочности тела трубы в гладком месте.

В табл. 1 приведены предельные глубины спуска неравно­прочных и равнопрочных НКТ, изготовленных из высококаче­ственной стали при запасе прочности 1,5. Глубина спуска фон­танных труб в скважину зависит от давления насыщения, об­водненности скважин и устойчивости пород призабойной зоны пласта. Если скважина эксплуатируется при забойном давлении выше давления насыщения, фонтанные трубы спускают на глу­бину, где давление равно давлению насыщения. Если при экс­плуатации скважин выделение газа из нефти происходит на за­бое или из пласта вместе с нефтью поступает пластовая вода или песок, фонтанные трубы спускаются до забоя. Однако для предупреждения разру­шения нижней части ко­лонны насосно-компрессорных труб песком или их прихвата башмак фонтанных труб устанав­ливают на уровне верх­них перфорационных от­верстий.

Оптимальный коэф­фициент полезного дейст­вия достигается при од­ном определенном диаметре подъемных труб (см. рис. 3). Диаметр подъемных труб определяют из формулы (20)

(37)

Таблица 1

Если вычисленный диаметр подъемных труб не совпадает со стандартным, то выбирают трубы ближайшего стандартного диаметра или применяют ступенчатую колонну, состоящую из труб двух диаметров: внизу — меньший, а вверху — больший. Пропорционально разности диаметров определяют длину со­ставных частей колонны труб

(38)

где L — общая длина колонны подъемных труб, м; I — длина верхней части колонны труб большого диаметра, м; d — вычис­ленный диаметр, мм; d\ — ближайший меньший диаметр труб (нижней ступени), мм; d₂— ближайший больший стандартный диаметр труб (верхней ступени). При этом d₂>d>d₁.

После расчета диаметра подъемника проверяют его макси­мальную пропускную способность (дебит скважины) по фор­муле (20). Если вычисленный дебит окажется меньше запро­ектированного в начальный период фонтанирования, то по фор­муле (19) необходимо определить диаметр подъемных труб для начальных условий фонтанирования на режиме Qmax:

(39)

Подъемник с диаметром труб, определенным по формуле (39), не будет работать с максимальным к. п. д. в конце фонтанирования, которое прекратится несколько раньше, чем при подъемнике, выбранном для работы на оптимальном ре­жиме. Поэтому для продления срока фонтанирования целесооб­разно заменять подъемник с большими диаметрами труб на подъемник с меньшими диаметрами труб.

Фонтанная арматура служит для герметизации устья сква­жины, направления движения газожидкостной смеси в выкид­ную линию, регулирования и контроля режима работы сква­жины созданием противодавления на забое.

Фонтанную арматуру собирают из различных фланцевых тройников, крестовиков и запорных устройств (задвижек или кранов), которые соединяют между собой с помощью болтов. Герметизируют соединения металлическим кольцом с овальным поперечным сечением, которое вставляют в канавки на флан­цах и затем стягивают болтами.

Фонтанная арматура состоит из трубной головки и фонтан­ной елки. Трубную головку устанавливают на колонную го­ловку. Она предназначена для подвески фонтанных труб и гер­метизации кольцевого пространства между фонтанными тру­бами и эксплуатационной колонной, а также для проведения различных технологических процессов, связанных с освоением и промывкой скважины, удалением отложений парафина из фонтанных труб, песка с забоя и т. д.

Трубная головка (рис. 8) состоит из крестовика l, трой­ника 3 и переводной катушки 5. Тройник устанавливают при оборудовании скважин двухрядным подъемником. При этом первый ряд труб крепится к переводной катушке с помощью пе­реводной втулки 4, а второй ряд труб — с помощью переводной втулки 2. При оборудовании скважин только одним рядом фон­танных труб тройник на арматуре не устанавливают.

На крестовике и тройнике трубной головки ставят запорные задвижки 12, которые служат для соединения_технологического оборудования межтрубным или кольцевым пространством, л также для их герметизации.

Фонтанная елка устанавливается на трубную головку. Она предназначена, для направления продукции скважин в выкидные линии, регулирования отбора жидкости и газа, проведения различных исследовательских и ремонтных работ, а также при необходимости для закрытия скважины.

Фонтанная елка состоит из тройников 13, центральной за­движки 6, буферной задвижки 14, задвижек 7 на выкидных ли­ниях для перевода работы скважины на одну из них. Буферная задвижка 14 служит для перекрытия и установки лубрикатора, который применяется для спуска в скважину скребков, различ­ных скважинных измерительных приборов под давлением, не останавливая работу фонтанной скважины. При эксплуатации скважины на буферную задвижку устанавливают буферную за­глушку с манометром 10.

Все задвижки фонтанной елки, кроме задвижек на одной из выкидных линий, при работе скважины должны быть открыты. Центральную задвижку 6 закрывают лишь в аварийных слу­чаях, направляя жидкость через межтрубное пространство в выкидные линии трубной головки.

При работе скважины газожидкостная смесь из подъемных труб через открытую центральную задвижку направляется в один из выкидов и далее по выкидному трубопроводу в груп­повые сепарационные замерные установки. Для регулирования режимов работы фонтанных скважин созданием противодавле­ния на забое на выкидах фонтанной елки устанавливают раз­личной конструкции штуцеры 8, которые представляют собойг втулки с калиброванными отверстиями от 1,5 до 20 мм.

Штуцеры выпускаются дискового или втулочного типов. Штуцеры дискового типа применяют на скважинах, работаю­щих без песка, а втулочного типа — на скважинах, работаю­щих с песком. Для продления сроков службы втулочные шту­церы изготавливают из высокопрочных сплавов — победита или самокала

— или из керамики, термокорунда или износостойкой пластики.

Рис. 8. Фонтанная арматура тройниковая:

1 – крестовик, 2,4 -переводные втулки, 3 — тройник, 5-переводная катушка 6 - центральная задвижка, 7-задвижки, 8-штуцеры, 9- буферная заглушка 10 - манометр, 11-промежуточная задвижка, 12-задвижка, 1З-тройники, 14 -буферная

задвижка

Фонтанную арматуру различают между собой по прочност­ным и конструктивным признакам: по рабочему или пробному давлению, размерам проходного сечения ствола, конструкции фонтанной елки и числу спускаемых в скважину рядов фонтан­ных труб, виду запорных устройств.

Отечественные заводы выпускают фонтанную арматуру на рабочие давления от 7 до 100 МПа. Арматуру на рабочее дав­ление 100 МПа можно использовать на сверхглубоких скважи­нах или на скважинах с аномально высокими пластовыми дав­лениями. Для большинства фонтанных скважин преимущественно применяют арматуру на рабочие давления от 7 до 35 МПа. По размерам проходного сечения_фонтанной_елки_фонтанную_арматуру выпускают с диаметрами от 50 до 150 мм. Арматура с диаметрами 100 и 150 мм предусмотрена для высо- кодебитных газовых скважин.

По конструкции фонтанной елки фонтанную арматуру выпускают крестовикового (рис. 9) и тройникового (см. рис. 8) типов, а по числу спускаемых в скважину рядов фонтанных труб – однорядную и двухрядную.

Как видно из рисунков, фонтанная арматура крестовикового типа значительно ниже арматуры тройникового типа, в связи с чем более удобна в эксплуатации и менее металлоемка. Вместе с тем она имеет существенный недостаток – при выходе из строя стволового крестовика приходится глушить скважину или перекрывать центральную задвижку. Поэтому крестовикового типа фонтанную арматуру не рекомендуется применять при эксплуатации пескопроявляющих скважин.

По виду запорных устройств фонтанную арматуру выпускают с задвижками (см. рис. 8) или с запорными кранами (см. рис. 9). Задвижки выпускают литые и ковано-свароч­ные двух типов: клиновые и прямоточные с уплотнительной смазкой.

Недостаток клиновых задвижек в том, что они быстро те­ряют герметичность, так как уплотнительные поверхности за­творов (клина и гнезда) при открытом положении подверга­ются коррозии в результате контакта их с минерализованной пластовой водой, содержащейся в продукции скважины.

Прямоточная уплотняемая смазкой задвижка обладает тем преимуществом, что при движении потока через нее продукция скважин не соприкасается с уплотняющими поверхностями,благодаря чему достигается крайне незначительный износ. За­движка двустороннего действия имеет высокую абразивную стойкость. При износе одной стороны затвора задвижку повора­чивают другой стороной.

Фонтанная арматура с крановым запорным устройством, уплотняемым смазкой, имеет меньшие габаритные размеры, массу и обладает большой коррозионной стойкостью.