А.Г.МОЛЧАНОВ

ПОДЗЕМНЫЙ

РЕМОНТ

СКВАЖИН

Одобрено Ученым советом Государственного ко­митета СССР по профессионально-техническому образованию в качестве учебного пособия для средних профессионально-технических училищ

МОСКВА „НЕДРА" 1986

УДК 622.248.3+622.276.5

Глава I

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗРАБОТКЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

Молчанов А. Г. Подземный ремонт скважин: Учебное пособие для

учащихся профтехобразования и рабочих на производстве. — М.: Недра, 1986. — 208 с.

Описано наземное и скважинное оборудование добывающих и нагнетательных скважин, приведена классификация операций, вы­полняемых при их подземных ремонтах. Определны цели, рассмот­рены технология и порядок проведения ремонтных работ различ­ных видов. Описаны агрегаты, оборудование и инструмент для про­ведения подземных ремонтов и их обслуживание. Большое внима­ние уделено охране труда и окружающей среды, экономике произ­водства и организации труда бригад подземного ремонта.

Для учащихся профессионально-технических училищ, а также подготовки и повышения квалификации операторов по подземно­му ремонту скважин. Ил. 91

Рецензенты: В. Ф. Лесничий (НГДУ «Лениногорскнефть»), Ю. Г. Абдуллаев, канд. тех. наук (Всесоюзный нефтегазовый научно-исследовательский институт)

АЛЕКСАНДР ГЕОРГИЕВИЧ МОЛЧАНОВ

Подземный ремонт скважин

Редактор издательства Н. Е. Игнатьева

Технические редакторы А. В, Трофимов, Е. Л. Закашанская

Корректор М, Е. Лукина

ИБ № 6553

Сдано в набор 12.11.85. Подписано в печать 17.01.86. Т-06319. Формат 60X90/16. Бумага книжно-журнальная ими. Гарнитура Литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 13,0. Усл. кр.-отт. 13,38. Уч.-изд. л. 15,0. Тираж 9000 экз. Заказ 840/702-6. Цена 35 коп. Ордена «Знак Почета» издательство «Недра», 103633, Москва, Третьяковский проезд, 1/19. Московская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.

Издательство «Недра», 1986

2504030300_::ИЗЗ 337-86 043 (01)-86

м

109088, Москва, Ж-88, Южнопортовая ул., 24.

§ 1. Нефтяные и газовые залежи

Нефть и газ наиболее часто встречаются в осадочных породах, хотя известны отдельные случаи их добычи и из пород другого происхождения. Осадочные горные породы образовались за счет осаждения в водной среде минеральных и органических веществ с последующим уплотнением и изменением их свойств. В этих по­родах заключено 75 % полезных ископаемых, в том числе уголь, нефть и газ.

Горные породы, которые могут содержать нефть или газ, назы­ваются коллекторами. Коллекторы делятся на карбонатные и тер-ригенные, лучшими из которых являются рыхлые пески, песча­ники, а также кавернозные и трещиноватые известняки.

Коллекторские свойства пород определяют следующие пара­метры.

Гранулометрический с о с т а в — процентное содержа­ние зерен и песчинок определенного размера. Чем однородней гра­нулометрический состав, т. е. чем меньше отличаются песчинки друг от друга по размеру, тем выше фильтрационные свойства по­роды, тем легче перемещаться в ней жидкости или газу.

Пористость характеризует объем пустот: пор, каверн или трещин в породе. Отношение их объема ко всему объему породы называют коэффициентом пористости.

Проницаемость — свойство породы пропускать через себя жидкость или газ. Фильтрация нефти или газа через пористую по­роду возможна не во всех случаях.

В настоящее время у ученых нет единой точки зрения в вопро­сах, касающихся процесса происхождения нефти. Не рассматри­вая подробно эту проблему, можно сказать, что нефть и газ после своего возникновения в глубине земли мигрируют и в конце кон­дов попадают в ловушки — проницаемые пласты пород, окружен­ные сверху и снизу мало- или непроницаемыми породами. В таких природных резервуарах газ, нефть и вода распределены в соответ­ствии с законом гравитации — сверху газ, потом слой нефти и подпирающая его вода (рис. 1.1). Глубина залегания продук­тивных пластов изменяется от десятков метров до нескольких ки­лометров, а толщина пластов от долей до сотен метров. Про­дуктивный пласт может быть сплошным или состоять и.ч не­больших пластов, разделенных тонкими малопроницаемыми поро­дами.

Под термином «месторождение нефти или газа» обычно подразумевают одну или несколько ловушек, в которых в настоящее

время находятся нефть и газ. Ме­сторождение, как правило, содер­жит несколько залежей с одно­типными структурами.

Перемещению нефти, газа в пластах препятствуют внутрен­нее трение жидкости и газа, обусловленное их вязкостью, тре­ние о стенки пор и каналов пла­ста, в котором происходит дви­жение, капиллярные и поверхно­стные силы, удерживающие нефть в порах в результате сма­чивания ею стенок.

Рис. 1.1. Схема месторождения: 1— пласт содержащий нефть; 2 — пласт, содержащий газ; 3 — пласт со-держащий воду

Нефть и газ находятся в пла­сте под давлением, которое, как правило, зависит от глубины за­легания пласта. Это давление, в частности, обусловлено весом пород, располагающихся над пластом. Под действием горного давления порода уплотняется, объем пор уменьшается и давле­ние передается жидкости. В зависимости от условий залегания давление жидкости или газа, находящихся в пласте, — пластовое давление - может быть больше, меньше или равно горному давлению.

По виду пластовой энергии, точнее, по источнику, используемо­му при эксплуатации нефтяной или газовой залежи, различают несколько режимов дренирования (или несколько режимов зале­жи).

Водонапорный режим — это режим, при котором движе­ние нефти к скважинам обусловлено давлением краевой (контурной) воды. При этом объем вытесненной нефти компенсируется объемом воды, поступающей из поверхностных источников. Если нефтяная залежь не сообщается с поверхностными источниками или воды из них поступает меньше, чем отбирается нефти, то дебиты скважин будут постепенно снижаться. При водонапорном режиме залежи эксплуатируют до тех пор, пока контурная вода не достигнет скважины.

Упруговодонапорный (упругий) режим эксплуата­ции развивается в том случае, если содержимое пласта вытесняет­ся в скважину в результате упругого расширения пластовой жид­кости и вмещающей ее породы.

Газонапорный режим работы наблюдается при нали­чии газовой шапки, т. е. при использовании энергии свободно­го газа.

Режим растворенного газа обусловлен выделением в пласте растворенного ранее в нефти газа, пузырьки которого рас-

ширяются и выталкивают нефть из области более высокого в об­ласть низкого давления, т. е. в скважину.

При гравитационном режиме нефть передвигается к скважинам под действием силы тяжести, т. е. по существу стекает в скважину.

Нефтяную залежь разрабатывают при различных режимах, причем переход от одного режима эксплуатации к другому проис­ходит плавно. Отдельные части залежи могут разрабатываться на разных режимах. Так, в скважинах, близко расположенных к га­зовой шапке, нефть может вытесняться за счет ее энергии и энер­гии выделяющегося растворенного газа, а в скважинах, находя­щихся на внешнем контуре,— за счет напора контурных вод.

В месторождениях газа отбор его из пласта производят за счет давления, создаваемого расширяющимся газом. При эксплу­атации месторождений пластовое давление снижается пропорцио­нально отбору газа вследствие отсутствия внешних источников его поддержания. Добычу газа продолжают до тех пор, пока его дав­ление не становится близким к атмосферному.

При разработке месторождения стараются извлечь из пласта максимум нефти или газа в кратчайшие сроки при минимальных затратах и соблюдении норм по охране недр. Соотношение извле­ченной из пласта нефти и первоначально имеющейся характери­зуется коэффициентом нефтеотдачи. Коэффициент нефтеотдачи зависит как от особенностей месторождения (проницаемости по­роды, вязкости нефти и т. п.), так и от технологии его эксплуата­ции.

Повышение нефтеотдачи — одна из основных проблем нефте­добывающей промышленности в настоящее время. Решение этой задачи достигается как использованием рациональной системы разработки месторождения в целом, так и воздействием на пласт и его призабойную зону.

Естественная пластовая энергия не обеспечивает требуемый от­бор нефти в течение всего срока эксплуатации месторождения, а также не позволяет извлечь из пласта всей содержащейся в нем нефти.

Для повышения отбора нефти и увеличения коэффициента неф­теотдачи применяют искусственное поддержание пластовой энер­гии на основной стадии разработки месторождения, а также ряд вторичных методов.

К методам поддержания пластового давления относятся прежде всего закачка воды в пласт или газа в газовую шапку. Воду закачивают в пласт через нагнетательные скважины, размещенные, например, за внешним контуром нефтеносности по периметру залежи, в результате чего создается искусственный кон­тур питания залежи водой. По мере перемещения контура нефте­носности эксплуатационные скважины переводят в нагнетательные для закачки в них воды. Поддержание пластового давления па заданном уровне возможно при превышении объема закачиваемом воды над объемом извлекаемой жидкости и газа, поскольку член.

нагнетаемой воды уходит в периферийные области пласта. Зака­чиваемая вода должна проходить специальную обработку: фильт­роваться, очищаться от микроорганизмов и бактерий, смягчаться, стабилизироваться, а в ряде случаев и нагреваться.

Помимо закачки в пласт простой технической воды применяют и ряд других методов, например закачку воды, обработанной по­верхностно-активными веществами (ПАВ), способствующими вы­мыванию нефти, остающейся, в порах пласта. Концентрация ПАВ в воде составляет доли процента, однако при значительных объе­мах закачки требуемое количество ПАВ велико.

Нефть из пласта можно вытеснять также оторочкой загущен­ной воды. Повышение вязкости воды достигается добавлением в нее специальных химикатов, после чего она закачивается в пласт, образуя буферную зону — оторочку, которую продавливают обыч­ной водой.

В ряде случаев в пласт закачивается также сжиженный угле­кислый газ с его продавкой специально обработанной водой.

Для уменьшения вязкости нефти в пласт закачивают горячую воду или пар. Для определенных месторождений, например с вяз­кими нефтями, закачка холодной воды не допускается вообще, по­скольку это приводит к уменьшению температуры продуктивного пласта и резкому ухудшению его проницаемости. Температуру пласта можно повысить путем поджога в нем нефти и создания в пласте фронта горения, перемещающегося по мере выгорания ос­татков нефти и закачки в пласт воздуха. Теплота, выделяющаяся в результате горения, а точнее, окисления нефти, приводит к сни­жению ее вязкости, а образующийся пар способствует вытеснению

нефти.

Наиболее эффективным, но и самым дорогим способом являет­ся вытеснение нефти растворителем, который растворяет и нефть, и воду. При этом исчезает граница раздела этих жидкостей и обес­печивается наиболее полный вынос нефти из пласта.