Фонтанный способ добычи нефти, оборудование устья скважины

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 Р_гст. Во-вторых, надо компенсировать потери, возникающие при движении жидкости в колонне обсадных труб и насосно-компрессорных труб – гидравлические потери Р_гид. В-третьих, необходимо обеспечить транспортировку жидкости от устья скважины до сборного пункта – Р_тр. Кроме того устье скважины может оказаться выше или ниже сборного пункта и когда необходима энергия на преодоление геометрической разницы высот – Р_т. 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 Р_газ, получим условие фонтанирования:

Р_пл = Р_гст + Р_гид + Р_тр - Р_газ + Р_г (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 – Р_заб. 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.

q_n = K(Pпл - Рзаб)ⁿ (4.2)

Где К – коэффициент продуктивности, куб.м./сут.Мпа; Р_пл-пластовое давление, Мпа; Рзаб – забойное давление, Мпа.

Пропускная способность подъемника определяется по формуле (4.5), поэтому необходимо стремиться к соблюдению условия

q_n = q_max

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

q_n = 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 арматураслужит 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.