При добыче нефти в особенно перспективном месторождении чаще всего находит применение схема фонтанной скважины: в данном случае поднятие нефти до устья производится естественным образом (при помощи пластовой энергии). Данный способ добычи требует меньше всего затрат как на покупку и обслуживание оборудования, так и по времени: поскольку поднятие осуществляется самостоятельно, то на трубах и специальных механизмах можно сэкономить. Конструкция фонтанной скважины и схема расположения оборудования достаточно проста, поэтому ее устройство является наиболее предпочтительным, а в дальнейшем при ослабевании давления можно дооборудовать скважину для создания искусственного поднятия.
Схема фонтанной скважины
Для данного типа скважины колонны труб подвешиваются на арматурной основе, которая ставится на устье. Арматура играет роль подвески, также выполняя функции герметизации самого устья и контроля режима работы всей скважины. НКТ-трубы являются каналом, по которому нефть поднимается от забоя на поверхность. В зависимости от длины скважины протяженность труб доходит до 3 км, колонна может собираться из нескольких изделий, скрепляемых друг с другом последовательно. Длина отдельной трубы варьируется до 10 метров. Оптимальный способ соединения – с помощью муфт с резьбой. Нежелательно использовать сварку для соединения, поскольку после того, как схема фонтанной скважины потребует доработки, придется извлекать на поверхность всю колонну. Спуск, а также поднятие элементов колонны необходимо производить при помощи спецтехники.
Главным элементом конструкции является фонтанная арматура, которая создает прочную конструкцию из стальных прутков и запорных механизмов, и каждый элемент должен быть рассчитан на повышенное давление. Масса готовой конструкции доходит до 1-2 центнеров. Чаще всего используют крестовую или тройную арматуру: первый тип чаще используется на нефтяных месторождениях, где нет примесей механического типа.
Устьевая фонтанная арматура с выкидными линиями
Назначение устьевой фонтанной арматуры:
Назначение фонтанной арматуры
- Крепление насосно-компрессорных труб, герметизация пространства между ними и обсадной колонной.
- Направление потока нефти к выкидным линиям.
- Проведение эксплуатационных мероприятий.
Наиболее распространена крестовая арматура из стальных толстостенных крестовин. Она меньше по высоте, чем тройниковая, и её удобнее обслуживать.
Фонтанная арматура включает с себя трубную головку и фонтанную ёлку. Трубная головка обвязывает колонну подъёмных труб и герметизирует кольцевое пространство до обсадных труб.
С помощью фонтанной ёлки поток направляется в выкидную линию на замерные устройства. Сверху на ёлке находится буфер, трёхходовой кран и манометр. На выкидной линии установлен штуцер (дроссель) для изменения потока нефти за счет увеличения или уменьшения проходной площади.
Фонтанная арматура имеет запорные устройства:
- прямоточные задвижки;
- пробковые краны.
Оборудование фонтанных скважин
Фонтанные скважины могут оснащаться оборудованием и в области забоя, и на устье. В случае, если в районе продуктивных пластов породы отличаются высокой прочностью, то может использоваться технология открытого забоя, когда колонна доходит до верхней части пласта, и вскрытие производится на полную мощность. При неустойчивых горных породах, высоком риске осыпания песка забойную область следует укреплять обсадной трубой и цементировать пространство за ее пределами. Приток жидкости при этом создается посредством перфорирования по нижнему краю трубы.
Схема фонтанной скважины подразумевает герметизацию устья, которая производится посредством монтажа головки колонны и арматурной конструкции, оснащенной манифольдом. Создание арматуры производится по требованиям ГОСТ 13846-89, при этом конструкция может иметь отличия по прочности и типу структуры. Основой служит головка, или обвязка, а фонтанная елка включает запорные устройства и элементы для регулирования работы скважины. Головка в конструкции необходима для обвязывания трубопроводов в скважине, а также для регулировки направления и силы потока в затрубной зоне.
Конструктивно арматура для фонтанной скважины позволяет измерить показатели давления на верхнем сегменте елки, выявить температурный режим на боковых отводах елки и самой головки. По стандарту ГОСТ конструкция должна включать блочные элемента и устройствами для предохранения конструкции, которые при необходимости можно активировать на расстоянии. Фонтанная елка представляет собой важную часть общей конструкции, и она позволяет регулировать силу потока в самом трубопроводе и направлять его в промысловое русло.
Оборудование парой труб НКТ изделия большего диаметра помещаются на нижней детали при помощи резьбового соединения на элемент, который служит одновременно для герметизации пространства за трубами. Если скважину не следует останавливать при работе, имеет смысл поставить двухсекционную елку, которая заканчивается сверху специальным буфером и манометром. При спуске в функционирующую фонтанную скважину данные устройства заменяет лубрикатор. Разновидности конструкции выбираются, исходя из характеристик скважины и характеристик добычи нефти в конкретном месторождении.
Устройство нефтяных скважин
Схемa нефтяной скважины
Бурение производят буровой установкой вертикально на глубину до нескольких километров. Поперечное сечение обычно круглое, диаметром до 40 см.
Стенки укрепляют металлическими обсадными трубами. В пространство между обсадной колонной и стенками закачивают цемент, который застывает и разделяет залегающие пласты, а также защищает обсадные трубы от пластовых вод.
Фонтанный способ откачки нефти предполагает установку эксплуатационного оборудования, перечисленного ниже.
Исследование фонтанных скважин
Схема фонтанной скважины требует проведения регулярных исследований, которые осуществляются по методике пробных откачек жидкости и по способу восстановления давления в забое в момент после остановки работы оборудования. Корректировку режима функционирования специалисты производят, меняя штуцеры и устанавливая элементы с различными по размеру отверстиями. Способ пробной откачки может с успехом использоваться при выявлении степени продуктивности скважины и определения оптимального режима ее функционирования. Что касается способа восстановления уровня давления, то по нему можно вычислить основные характеристики пласта.
Исследование по методу пробной откачки в последнее время производится для построения линий индикации по зависимости дебитов от изменений в давлении. Также работа необходима для вычисления продуктивного коэффициента, содержания примесей, в том числе воды, во время разных режимов эксплуатации. Замеры производятся при помощи манометра, расходометра, определяют размеры отверстий в штуцере. Посредством замены на главном манифольде специалист ставит новый режим работы и замеряет показатели давления и расхода, после чего выясняет, что сообщает разница результатов.
Процедура отбора жидкости для исследования проводится при помощи специальных приспособлений, которые фиксируются и опускаются наподобие манометра. Спуск самого манометра требует наличия в конструкции лубрикатора, который будет оснащен сальником с роликом. Сальник играет роль герметизирующего вещества для отверстия, через которое проводится проволока. При необходимости осуществить глубокие исследования необходимо воспользоваться механической подъемной лебедкой, которая ставится в 20-30 метрах от устья.
Сначала вниз опускают шаблон, затем измерительный прибор (иногда с утяжелителем). Чтобы проволока не оборвалась в момент проведения исследования, нельзя, чтобы оборудование спускалось ниже края трубы. Чтобы предотвратить подобное явление, башмак оснащается специальной шпилькой, которая ограничивает спуск внутри колонны. Поднятие производится на малой скорости, на последних метрах она должна быть минимальной (в ряде случаев устройства для исследований вытаскивают вручную).
Измерение дебита производится на групповых установках, и для отбора используется краник, который забирает пробу жидкости и выдает результат через некоторое время.
Камера запуска шаров
Добыча нефти осложняется выпадением парафинов в выкидных линиях, образованием песчаных пробок и других механических загрязнений.
Одним из методов очистки от парафина является использование резиновых шаров, которые расположены в камере запуска, установленной на струне фонтанной арматуры. По мере запарафинивания выносных линий открывается шибер, и из камеры подаётся резиновый шар, который имеет чуть больший диаметр, чем выкидная линия.
Он очищает парафин, продвигаясь потоком нефти в приёмную камеру.
Схема камеры запуска и приема
Основные преимущества метода
Фонтанный метод добычи применяется при обнаружении новых точек по добыче черного золота. Одно из оснований для этого — доступность и эффективность данного способа. Он не подразумевает использование дополнительных средств, энергоресурсов, определенного оборудования. Ведь материал достигает поверхности из-за чрезмерного напора сырья в залежи.
Другие плюсы:
- Доступное оборудование.
- Минимальные траты электроэнергии.
- Возможность регулировать процесс добычи и возможность полностью остановить его.
- Управление процессом добычи можно осуществлять удаленно.
- Длительный межтехнологический промежуток функционирования оборудования.
Чтобы производить добычу сырья, необходимо полностью контролировать скважину запорной арматурой, которую необходимо установить. Это позволяет контролировать график работы, осуществлять герметизацию, при необходимости — консервацию.
Иные способы добычи материала
Существует несколько других способов добывания сырья:
- газлифтный;
- механизированный.
Каждый из них имеет определенные плюсы и минусы.
Газлифтный метод
Этот способ добычи относится к механизированному. Он актуален тогда, когда энергии пласта остается мало, чтобы вытолкнуть на поверхность нефть. Тогда подъем производится за счет подкачки в пласт сжатого газа. Подкачивать можно воздух или фоновый газ из близлежащего месторождения.
Чтобы произвести сжатие, необходимо применить компрессор высокого давления. Тогда способ будет именоваться компрессорным.
Если подавать в пласт газ под давлением, то газлифтный метод будет называться бескомпрессорным. Вещество будет поступать из близлежащего месторождения.
При данном методе не нужно действовать с нуля, чтобы вести работу на месторождении. Нужно дополнить оборудование от фонтанной установки. Потребуются определенные клапаны подвода сжатого газа. Они монтируются на разной глубине.
Главные плюсы газлифта по сравнению с другими механизированными способами добычи:
- Возможно получить большое количество материала с различных глубин на разных этапах разработки скважины с адекватной себестоимостью.
- Реально продолжать работу при значительных искривлениях отверстия.
- Работа ведется с загазованными и перегретыми пластами.
- Полный контроль работы.
- Оборудование эффективное и надежное.
- Можно использовать несколько пластов одновременно.
- Техническое обслуживание и ремонт не вызывают затруднений.
При большом количестве плюсов есть и недостатки — дороговизна металлоемких устройств.
В связи с этим газлифт используется для подъема легкой нефти с большим показателем газовой составляющей.
Колонна подъемных труб
По подготовленному оборудованию сырье поступает на поверхность земли. Колонны иначе называют насосно-компрессорными.
Специалисты определяют диаметр труб, опираясь на определенные данные:
- Давление нефти.
- Ожидаемый дебит сырья (дебит — количество добытого материала в сутки, в метрах кубических. Чем выше ожидаемый дебит, тем больше диаметр)
- Глубина залегания материала.
Обычно диаметр равен 40,3–00,3 мм.
Другие методы добычи нефти
В процессе эксплуатации месторождения происходит уменьшение энергии пласта и фонтана. В этом случае переходят на механизированные способы подъема нефти:
- газлифтный;
- насосный.
Газлифтный способ
Осуществляют закачкой в скважину газа. Если закачивается воздух, способ называется эрлифтным.
Газ подают компрессорами от газлифтной станции либо из газовых пластов, находящихся под давлением (бескомпрессорным способом).
Газлифтный способ предпочтительнее эрлифтного, так как воздух может ухудшить качество нефтяного продукта ввиду его окисления.
Преимущества газлифтного способа:
- размещение оборудования на земле;
- отсутствие в скважине насосов с быстроизнашиваемыми частями;
- отбор большого объёма жидкости с любой глубины;
- несложная регулировка дебита.
Недостатком является повышенная коррозия трубопроводов.
Насосный способ
Используется при значительном снижении уровня пласта, когда газлифтный способ становится неэкономичным.
Виды насосов:
Насосный способ добычи нефти
- штанговый скважинный плунжерный насос;
- бесштанговый погружной центробежный насос;
- винтовые насосы.
Чаще применяют штанговые насосы. Они имеют плунжер небольшого диаметра, который опускают в скважину ниже уровня жидкости. Приводом установки является станок-качалка.
Винтовые насосы выдавливают жидкость методом ротации. Ротор имеет винтовую форму небольшого диаметра с глубокой и очень редкой резьбой. Он вращается внутри неподвижного статора. Двигатель установлен на земле, к нему крепятся штанги, которые обеспечивают работу ротора.
Возможен вариант использования погружных электродвигателей с редуктором, который обеспечивает вращение ротора. Винтовые насосы надёжны, устойчивы к твёрдым абразивным частицам и экономичны. Срок эксплуатации их более продолжительный, чем у штанговых насосов. Ещё одно преимущество — первоначальные финансовые затраты ниже, чем при других способах механизации. Недостатком является невозможность работы с агрессивными средами.
