Когда давление, под которым находится нефть в пласте, достаточно велико, нефть самопроизвольно поднимается на поверхность по стволу скважины. Такой способ подъема нефти получил название фонтанного.
На что же расходуется пластовок давление и какова должна быть его величина, чтобы обеспечить фонтанирование? Во-первых, необходимо преодолеть противодавление заполненного жидкостью ствола скважины – гидростатическое давление Ргст. Во-вторых, надо компенсировать потери, возникающие при движении жидкости в колонне обсадных труб и насосно-компрессорных труб – гидравлические потери Ргид. В-третьих, необходимо обеспечить транспортировку жидкости от устья скважины до сборного пункта – Ртр. Кроме того устье скважины может оказаться выше или ниже сборного пункта и когда необходима энергия на преодоление геометрической разницы высот – Рт. Надо также учесть, что при движении жидкости из зоны повышенного давления (пласт) в зону пониженного давления (скважина) из нее выделяется газ, который, расширяясь, помогает подъему. Обозначив это влияние газа через Ргаз, получим условие фонтанирования:
|
|
Рпл = Ргст + Ргид + Ртр - Ргаз + Рг (4.1)
Подробно теория фонтанирования разработана академиком А.П.Крыловым.
При проектировании режима работы фонтанной скважины надо иметь ввиду следующее.
Приток жидкости из пласта тем больше, чем меньше будет давление на забое – Рзаб. В то же время пропускная способность подъемника будет тем выше, чем больше будет давление на забое. В процессе работы пласта и подъемника установится равновесие системы – «пласт-подъемник».
Приток жидкости из пласта описывается формулой.
qn = K(Pпл - Рзаб)n (4.2)
Где К – коэффициент продуктивности, куб.м./сут.Мпа; Рпл-пластовое давление, Мпа; Рзаб – забойное давление, Мпа.
Пропускная способность подъемника определяется по формуле (4.5), поэтому необходимо стремиться к соблюдению условия
qn = qmax
Если НКТ спущены до забоя, то Рзаб в формуле (4.2) есть забойное давление. Если НКТ выше забоя, так что глубина скважины Н больше глубины спуска НКТ L: (LH), то:
Рзаб – Рбаш + (H – L)* p*q (4.3)
В этом случае формула (4.2) примет вид
qn = K[Pпл – Рбаш - (H – L)* p*q]n (4.4)
где Рбаш – давление на входе в лифт; р-плотность жидкости.
При глубине подвести лифта L его диаметр d определится из формулы
(4.5)
При заданном диаметре лифта глубина его спуска составит:
(4.6)
где Ру-давление на устье скважины.
Для подвески подъемных труб и герметизации затрубного пространства на устье скважины устанавливается фонтанная арматура (тройниковая). Нижняя часть ее, называемая трубной головкой, состоит из крестовины, задвижек и катушки, служащей для подвески колонны НКТ. Над катушкой устанавливается задвижка, называемая коренной, а также тройники, от которых отводятся нижняя и верхняя выкидные линии (струны). Задвижка, установленная между тройниками, называется межструнной, а верхняя задвижка -- буферной. Над ней монтируется головка (буфер) или лубрикатор. На головке также устанавливается манометр, предназначенный для измерения давления, называемого иногда буферным или устьевым. К нижней боковой задвижке присоединяется глухой патрубок с винтелем, для установки манометра, предназначенного для измерения давления в затрубном пространстве. К другой задвижке, в период освоения скважины подсоединяется водяная, нефтяная или газовая линия. Этот отвод от затрубного пространства используют также для промывок скважины от песка и других ремонтных работ, а также его можно использовать для эксплуатации скважин через затрубное пространство. Из двух выкидных линий, подсоединяемых к боковым отводам тройников, одна запасная (обычно нижняя) используемая лищь для кратковременной эксплуатации на период ремонта основной линии. По рабочей выкидной линии продукция скважины направляется в сепарационно – измерительную установку. На этой же линии смонтирован патрубок (Ф = 12 мм) с краном, предназначенным для отбора проб, с целью определения содержания воды. Для регулирования режима работы скважины на выкидных линиях после задвижек устанавливаются штуцера (насадки с относительно небольшим проходным сечением). На практике используются фонтанные арматуры, рассчитанные на рабочее давление 4; 7,5; 12,5; 20; 30; 50 МПа. Испытание ее проводят при давлении, превышающем рабочее в два раза. По типу соединения, арматуры делятся на фланцевые и резьбовые; по числу спускаемых рядов труб – однорядные и двухрядные; по конструкции -- на тройниковые и крестовые; по размерам проходного сечения -- 100 мм, и 63 мм. Одним из основных элементов Ф.А. являются задвижки.
|
|
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 состоит из крестовика, тройника и переводной катушки. Тройник устанавливают при оборудовании скважин двухрядным подъемником. При этом первый ряд труб крепится к переводной катушке с помощью переводной втулки, а второй ряд труб — с помощью переводной втулки. При оборудовании скважин только одним рядом фонтанных труб тройник на арматуре не устанавливают.