Оборудование скважин при различных видах эксплуатации

Способы эксплуатации можно разделить на три группы:

• фонтанная - извлечение нефти из скважины за счет пластового давления;
• с помощью энергии сжатого газа, закачиваемого в скважину;
• насосная извлечение нефти с помощью насосов различных типов.

Все газовые скважины эксплуатируются только фонтанным способом, т.е. без применения каких-либо механизмов, независимо от величины пластового давления.

Фонтанный способ эксплуатации - это прием нефти, газа, жидкости из пласта на поверхность с помощью пластового давления. Скважина, заполненная жидкостью, если призабойная зона не загрязнена, будет фонтанировать (жидкость переливается через устье скважины) при условии, что давление столба жидкости, заполняющей скважину, будет меньше давления пластового.

При всех способах эксплуатации, в том числе и при фонтанном, подъем жидкости и газа происходит по трубам небольшого диаметра. Эти трубы называются насосно-компрессорными, диаметром 33, 42, 48, 60, 73 , 89, 102 и 114 мм с толщиной стенки от 3,5 до 7 мм. Длина одной трубы - 5-8,5 м.

Устье фонтанных скважин оборудуют прочной стальной арматурой (трубная головка, фонтанная елка).

Трубная головка предназначена для подвески фонтанных труб и герметизации межтрубного пространства. Фонтанная елка - для направления флюида в выкидные линии.

Фонтанные елки относятся к ответственному виду оборудования. Их испытывают на давление вдвое больше, чем указано в техническом паспорте этой фонтанной арматуры.

Рис. 6.1. Фонтанная арматура: а - тройниковая; б - крестовая; 1 - манометр; 2 — трехходовой кран; 3 - верхний буфер; 4 - тройник; 5 - штуцер; 6 - запорное устройство боковая задвижка, кран; 7 - запорное устройство - стволовая задвижка, кран; 8 - переводник: 9 - крестовина; 10 - колонный фланец; 11 - нижний буфер 11 - крестовина елки.

Рис. 6.2. Системы газовых подъемников

Эксплуатация нефтяных скважин штанговыми насосами — один из способов механизированной добычи нефти. Штанговый насос опускается в скважину на штангах. Верхняя штанга соединена с головкой станка- качалки цепной или канатной подвеской.

Станок-качалка установлен около устья скважины. Цилиндр насоса укреплен на конус спущенных в скважину подъемных труб, а плунжер (И) подвешен на колонне штанг. Верхняя штанга соединена с головкой балансира станка качалки канатной или цепной подвеской.

В верхней части плунжера установлен нагнетательный клапан, а в нижней части цилиндра - всасывающий клапан. Колонна НКТ, по которой жидкость от насоса поступает на поверхность, заканчивается на устье тройником. Возвратно-поступательное движение колонне насосных штанг передается от электродвигателей через редуктор и кривошипно-шатунный механизм станка-качалки.

При движении плунжера вверх всасывающий клапан под давлением жидкости открывается, в результате чего жидкость поступает в цилиндр насоса.

Нагнетательный клапан в это время закрыт, т.к. на него действует давление столба жидкости, заполнившей НКТ, При движении плунжера вниз всасывающий клапан под давлением жидкости, находящейся под плунжером, закрывается, а нагнетательный клапан открывается и жидкость из цилиндра переходит в пространство над плунжером.

Недостаточно высокая подача штанговых насосов, необходимость установки громоздких станков-качалок, опасность обрыва штанг и другие причины ограничивают применение штанговых насосов.

увеличить изображение
Рис. 6.3. Штанговая насосная установка: 1 - станок-качалка; 2 - полированный шток; 3 - колонна штанг; 4 - обсадная колонна; 5 - насосно-компрессорные трубы; 6 - цилиндр насоса; 7 - плунжер насоса; 8 - нагнетательный клапан; 9 - всасывающий клапан

В настоящее время применяют бесштанговые насосы. Добыча нефти с помощью погружного центробежного электронасоса (ЭЦН) - это основной способ добычи нефти. По принципу действия ЭЦН не отличается от обычных центробежных насосов, применяемых для перегонки жидкости. Он представляет набор лопаток (ступеней), составляющих ротор насоса и направляющих аппаратов, являющихся статором.

Погружные центробежные насосы (ЭЦН) применяют для работы в скважинах, закреп ленных обсадными трубами (диаметром 140, 146, 168 мм). Для таких скважин используют насосы диаметром 92-123 мм. Промышленность выпускает насосы, рассчитанные на напор от 450 до 1500 м и подачу от 40 - 700 м³/сут. Приводом для ЭЦН служат погружные злектродвигатели, с короткозамкнутым ротором (мощностью до 125 кВт).

Сравнительно недавно стали применяться погружные винтовые насосы. Установка винтовых насосов состоит из тех же узлов, что и установка погружного центробежного насоса. Рабочими органами насоса являются однозаходные стальные винты и резинометаплические обоймы, внутренняя полость которых представляет собой двухзаходную винтовую поверхность с шагом, в 2 раза большим шага винта. Нагнетаемая жидкость поступает в полость между винтами и за обоймой проходит к предохранительному клапану и далее - в подъемные трубы.

Винтовой насос - это насос объемного действия, с высоким КПД при широком диапазоне изменения давления. Эти насосы особенно эффективны при добыче вязкой и высоковязкой нефти.

Способ эксплуатации нефтяных скважин, при котором подъем жидкости из пласта осуществляется сжатым газом - называется газлифтным. Для подачи газа и газонефтяной смеси применяют газовые подъемники - газлифты, которые бывают различных типов. Если рабочим агентом является воздух, то систему называют эрлифтом. По числу спускаемых в скважину труб подъемники делятся на однорядные и двухрядные.

В кольцевом однорядном подъемнике рис. 6.2 (I) сжатый газ нагнетается в затрубное пространство между эксплуатационной колонной и колонной подъемных труб, а газонефтяная смесь направляется на поверхность по подъемной колонне.

В однорядном подъемнике центральной системы (рис. 6.2(II)) рабочий агент нагнетается в эксплуатационную колонну, а газонефтяная смесь поднимается по эатрубному пространству.

Рис. 6.2 (III и IV) - двухрядные подъемники кольцевой системы, где сжатый газ нагнетается в скважину через кольцевое пространство между наружными и внутренними рядами труб, а газожидкостная смесь поднимается по внутренним трубам.

На устье газлифтной скважины устанавливают арматуру, которая предназначена для тех же целей, что и арматура фонтанных скважин.

Оборудование для нефтегазодобычи до 1990-х г.г. производилось на многих заводах. В настоящее время "Ижевский завод нефтяного машиностроения" ("Ижнефтемащ") освоил и выпускает станки - качалки, ШГН и другое нефтепромысловое оборудование на конверсионных мощностях.

Серийный выпуск станков - качалок Ижевского завода марки ПНШ80-3 отличается экономичностью энергопотребления (выпушено более 10000 штук). Усовершенствованные приводы в 2001 году запущены в работу на скважинах о. Колгуев (ЗАО "Арктикнефть"), По заказу ЗАО "Арктикнефть" в настоящее время ведется изготовление привода ОГПШ0 с газовым двигателем.

Использование газовых моторов в качестве привода станков - качалок позволит не только утилизировать нефтяной газ, но и резко повысить автономность процессов добычи нефти.

Готовятся к выпуску станки - качалки с трехступенчатым редуктором и длиной хода штока до 3 м, а также стандартные станки - качалки (с усилием на штоке 12- 14 кН и длиной хода 4-5 м.).