Видобування нафти фонтанним способом

1. Видобування нафти фонтанним способом

(Модуль 3)
Викладач ДКНГ
Шимко М.Ю.

2. Видобування нафти фонтанним способом

Ми будемо розглядати:
-Баланс енергії в свердловині;
-Види фонтанування свердловин;
-Режими руху газорідинної суміші у вертикальних трубах;
-Залежність продуктивності газорідинного підйомника від витрати газу;
-Роль фонтанних труб;
-Визначення глибини спуску фонтанних труб;
-Умова фонтанування свердловини;
-Підбір фонтанної арматури;
-Регулювання роботи фонтанної свердловини.Дроселі;
-Неполадки в роботі фонтанних свердловин;
-Автоматизація роботи фонтанних свердловин;
-Нагляд за роботою і обслуговування фонтанних свердловин.

3. Баланс енергії в свердловині

Баланс енергії в свердловині виражається таким рівнянням:
Wпл+Wз =W1 +W2 +W3,де
Wпл-пластова енергія;
Wз –енергія,яка вводиться в свердловину
ззовні;
W1-енергія.яка витрачається на переміщення флюїду із
пласта на поверхню;
W2-енергія, яка витрачається в устьовому обладнанні
свердловині;
W3-енергія,яка виноситься рідиною за межі свердловини.

4. Баланс енергії в свердловині

Якщо Wз=0,то підняття нафти із свердловини на
поверхню відбувається виключно під дією пластової
енергії,то такий процес називається фонтануванням і такі
свердловини називаються фонтанними.
Якщо зовнішня енергія не рівна нулю,то спосіб
видобування нафти називається механізованим.
До механізованого способу видобування нафти
відносять:
-газліфтний;
-насосний.

5. Види фонтанування свердловин

Види фонтанування
Артезіантське
Газліфтне
з виділенням
газу в пласті
Газліфтне
з виділенням
газу в стовбурі
свердловини

6. Види фонтанування свердловин

• Артезіанське фонтанування
Якщо гідростатичний напір є більший від втрат
напору, які виникають при русі рідини із вибою
на поверхню і якщо в свердловині немає вільного
газу, то фонтанування відбувається під дією
енергії гідростатичного напору. Такий вид
фонтанування зустрічається рідко, він
характерний для водяних артезіанських
свердловин.

7. Види фонтанування свердловин

• Газліфтне фонтанування з
виділенням газу в
пласті.(гідростатичний напір не
значний, а вільний газ поступає
разом з нафтою із пласта )Рвиб.
< Рнас
• Газліфтне фонтанування з
виділенням газу в стовбурі
свердловини.(гідростатичний
напір значний,а вільний газ
виділяється з нафти на якійсь
глибині в свердловині)Рвиб >
Рнас>Рустя

8. Режими руху газорідинної суміші у вертикальних трубах

При великій довжині колони фонтанних труб можуть виникати три режими
руху газорідинної суміші. В нижній частині колони труб де тиск найбільший,
рідина пронизана великою кількістю бульбашок газу високого тиску, виникає
бульбашковий режим.
В середній частині колони фонтанних труб , де тиск менший в наслідок
розширення бульбашок газу, їх злиття утворює великі за розмірами
бульбашки газу, які рухаються в середині рідини виникає корковий
(снарядний)режим руху газорідинної суміші.
У верхній частині колони труб де тиск найменший, виникає дисперснокільцевий режим руху( коли ядро потоку складає газ, а по стінках труб
рухається рідина).Між цими режимами чіткої границі розмежування не існує,
вони плавно переходять один в інший.
При меншій довжині колони труб рух газорідинної суміші може
відбуватися на двох або і одному режимі руху.Найбільш вивченим є корковий
режим і всі методики розрахунку газорідинного підйомника виведені для
цього режиму руху.

9. Режими руху газорідинної суміші у вертикальних трубах

• Бульбашковій структурі характерна відносна (відносно рідини)
швидкість газу 0,3–0,4 м/с, корковій (снарядній) – від 0,3–0,4 до 1,2
м/с, а дисперсно-кільцевій – понад 1,2 м/с. У нафтових свердловинах
внаслідок виділення газу створюються передумови для переходу від
бульбашкового до дисперсно-кільцевого режиму та існування
переміжних режимів, але переважно спостерігаються бульбашковий і
пробковий режими, а в газових свердловинах з рідиною в продукції –
дисперсно-кільцевий з різними модифікаціями.

10. Залежність продуктивності газорідинного підйомника від витрати газу

При постійному діаметрі фонтанних труб і постійній глибині
занурення під динамічний рівень рідини( постійному тиску біля
башмака підйомних труб)продуктивність газорідинного підйомника
залежить від витрати газу. Питома витрата газу визначається за
формулою:
R=Vг/Q ;м3/т.
Найкращий варіант коли свердловина працює на оптимальному режимі,
коли коефіцієнт корисної дії підйомника є максимальний. Чим більший
діаметр фонтанних труб, тим при більшій витраті газу працює підйомник.
При відборі конкретної кількості рідини підбирається діаметр підйомника, а
при збільшенні діаметру підйомника, збільшується витрата газу. Отже
змінюючи діаметр фонтанних труб можна підібрати такий діаметр труб при
якому підйомник буде працювати на оптимальному режимі, або близькому до
нього.

11. Розрахункові формули Крилова А.П.

Для практичних цілей параметри роботи фонтанних і газліфтних
свердловин можна визначити за формулами, запропонованими А. П. Крилов.
Формули отримані за умови, що в'язкість рідини дорівнює 5 мПас. Для
виведення формул А. П. Крилов прийняв такі припущення: розширення газу
відбувається за законом Бойля-Маріотта; тиск по довжині труб змінюється за
рівнянням прямої лінії; потік рухається суміші має коркову структуру. Всякий
фонтанний підйомник працює при тому чи іншому відносному зануренні(при
певному тиск у башмака підйомних труб). Зазвичай ці значення лежать в
межах 0,3-0,65. Для умови 0,3 < <0,65 ККД підйомника при його роботі на
оптимальному (Qonm) і максимальному (Qmax) режимах мало відрізняються
один від одного. Тому слід прагнути до того, щоб фонтанний підйомник
працював в проміжному режимі між Qonm и Qmax- Робота поблизу
точки Qmax відрізняється найбільшою стійкістю. Крилов А. П. рекомендує для
практичного застосування прості формули для визначення подачі
газорідинного підйомника для цих двох основних режимів.

12. Розрахункові формули Крилова А.П.

=
Розрахункові формули Крилова А.П.
Для досягнення найбільш оптимальної подачі необхідно щоб (Е)відносне занурення підйомника було рівне 0,6.

13. Роль фонтанних труб

Основним підземним обладнанням при експлуатації свердловин
фонтанним способом є фонтанні труби. Вони полегшують процес
освоєння свердловини, тобто з їх допомогою здійснюється виклик
припливу рідини або газу при вводі свердловини в експлуатацію.
При використанні фонтанних труб більш ефективно
використовується пластова енергія і період фонтанування
свердловини збільшується. При підйомі рідини по колоні фонтанних
труб зменшується витрата газу і питома витрата газу відповідно
газовий фактор буде низький, пластовий тиск зберігається високим і
період фонтанування буде довший. Змінюючи діаметр труб, або
глибину занурення підйомних труб під динамічний рівень рідини
можна регулювати продуктивність (дебіт) свердловини. Фонтанні
труби забезпечують виніс з вибою свердловини на поверхню піску та
інших механічних домішок, води а також захищають експлуатаційну
колону від стирання механічними домішками. Фонтанні труби
полегшують поцес глушіння свердловини перед проведенні в ній
робіт з підземного ремонту.

14. Визначення глибини спуску фонтанних труб

Розрахунок фонтанного ліфта (підйомника) полягає у визначенні
глибини спуску та діаметра фонтанних труб і виборі групи міцності
сталі з якої повинні бути виготовлені труби.
Глибина спуску фонтанних труб визначається таких міркувань:
- якщо разом з нафтою з рідини з пласта поступає пісок або вільний
газ, то фонтанні труби необхідно опустити якомога ближче до вибою
свердловини. В цьому випадку фонтанні труби опускають до верхніх
отворів фільтра( при малій товщині пласта) або до середніх отворів
фільтра (при великій товщині пласта); L=H-h; L=H- h/2.
- якщо в продукції свердловини піску немає і вільний газ виділяється
з нафти на деякій глибині в свердловині, то фонтанні труби можна
опустити до тієї глибини на якій починає виділятися вільний газ;
L=H-( Рвиб-Рнас)/ρ∙g.

15. Визначення глибини спуску фонтанних труб

На практиці фонтанні труби опускають до верхніх або середніх
отворів фільтра. Потрібний внутрішній діаметр повинен
забезпечувати роботу фонтанного підйомника в кінці фонтанування
на оптимальному режимі. Якщо розрахований внутрішній діаметр
фонтанних труб не співпадає із стандартним діаметром, то
підбирають НКТ з найближчим меншим внутрішнім стандартним
діаметром або приймають ступеневу колону НКТ.
Вибрані стандартні труби потрібно перевірити на максимальну
пропускну здатність, щоб вияснити можливість їх застосування на
початковій стадії фонтанування.( Дивись практичне заняття №3)

16. Умова фонтанування свердловини

Фонтанування свердловини будь-якого типу можливе в тому
випадку, якщо із пласта, на вибій надходить енергії' не менше, ніж
потрібно її для піднімання флюїдів, на поверхню. Умова
фонтанування свердловини виражається таким рівнянням:
Gеф> Rопт;
де Gеф - ефективний газовий фактор;
Rопт – питома витрата газу , яка потрібна для роботи підйомника на
оптимальному режимі.
Gеф= (Gо-α∙(Р1+Р2)/2)∙(1- Пв);
де, Gо – ваговий газовий фактор;
α – коефіцієнт розчинності газу в нафті;
Пв – вміст води в продукції свердловини в долях одиниці;
Р1- тиск біля башмака труб;
Р2- тиск на усті свердловини.

17. Підбір фонтанної арматури

Для підбору фонтанної арматури необхідно знати максимально
можливий статичний тиск на усті свердловини і характеристику
продукції свердловини за вмістом агресивних і абразивних
компонентів.
Для підвіски підйомних труб і герметизації затрубного простору на
усті свердловини встановлюється фонтанна арматура. Нижня частина
її, яка називається трубної головкою, складається з хрестовини,
засувок і котушки, що служить для підвіски колони НКТ. Над
котушкою встановлюється засувка, звана корінна, а також трійники,
від яких відводяться нижня і верхня викидні лінії (струни). Засувка,
встановлена між трійниками, називається межструнною, а верхня
засувка - буферною. Над нею монтується головка (буфер) або
лубрикатор. На голівці також встановлюється манометр, призначений
для вимірювання тиску, званого іноді буферним або гирловим

18. Підбір фонтанної арматури

.
До нижньої бічної засувці приєднується глухий патрубок з
вентилем, для установки манометра, призначеного для вимірювання
тиску в затрубному просторі. До іншої засувки, в період освоєння
свердловини приєднується водяна, нафтова чи газова лінія. Цей відвід
від затрубного простору використовують також для промивок
свердловини від піску і інших ремонтних робіт, а також його можна
використовувати для експлуатації свердловин через затрубний
простір. З двох викидних ліній, що приєднуються до бічних відводів
трійників, одна запасна (зазвичай нижня) використовувана лише для
короткочасної експлуатації на період ремонту основної лінії. За
робочої викидної лінії продукція свердловини направляється в
сепараційну вимірювальну установку. На цій же лінії змонтований
патрубок з краном, призначеним для відбору проб, з метою
визначення вмісту води.

19. Підбір фонтанної арматури

Для регулювання режиму роботи свердловини на викидних лініях
після засувок встановлюються штуцери (насадки з відносно
невеликим прохідним перетином). На практиці використовуються
фонтанні арматури, розраховані на робочий тиск 4; 7,5; 12,5; 20; 30; 50
МПа. Випробування її проводять при тиску, що перевищує робоче в
два рази. За типом з'єднання, арматури діляться на фланцеві і різьбові;
по числу спускаються рядів труб - однорядні і дворядні; по
конструкції - на тройникові і хрестові; за розмірами прохідного
перерізу - 100 мм, і 63 мм. Одним з основних елементів Ф. А. є
засувки.
• Фонтанна арматураслужить для герметизації гирла свердловини,
напрямки руху газорідинної суміші в викидних лінію, регулювання і
контролю режиму роботи свердловини створенням протитиску на
вибої.

20. Підбір фонтанної арматури

Фонтанні арматуру збирають з різних фланцевих трійників, хрестовика і
запірних пристроїв (засувок або кранів), які з'єднують між собою за
допомогою болтів. Герметизують з'єднання металевим кільцем з овальним
поперечним перерізом, який вставляють в канавки на фланцях і потім
стягують болтами.
Фонтанна арматура складається з трубної головки і фонтанної ялинки.
Трубну головку встановлюють на колонну головку. Вона призначена для
підвіски фонтанних труб і герметизації кільцевого простору між фонтанними
трубами і експлуатаційної колоною, а також для проведення різних
технологічних процесів, пов'язаних з освоєнням і промиванням свердловини,
видаленням відкладень парафіну з фонтанних труб, піску з вибою і т. д.
Трубна головка складається з хрестовика, трійника і перекладної
котушки. Трійник встановлюють при обладнанні свердловин дворядним
підйомником. При цьому перший ряд труб кріпиться до перекладної котушці
за допомогою перекладної втулки, а другий ряд труб - за допомогою
перекладної втулки. При обладнанні свердловин тільки одним рядом
фонтанних труб трійник на арматурі не встановлюють.

21. Регулювання роботи фонтанної свердлоивни

-
-
Регулювання роботи фонтанної свердловини можна проводити
такими способами:
заміною діаметра або глибини спуску фонтанних труб (процес
трудомісткий але можливий);
встановленням на вибої свердловини вибійного дроселя (такі дроселі
використовуються для зняття пульсації потоку рідини в роботі
свердловини);
з допомогою поверхневого дроселя;
з допомогою поверхневого дроселя та сепаратора високого тиску.
Дросель представляє собою насадку з отвором меншого діаметру
ніж діаметр бокового відводу фонтанної арматури. За конструкцією
дроселі бувають втулкові, дискові, швидкознімні із регульованим
перерізом. Дискові дроселі слід встановлювати там де в продукції
свердловини не має абразивних компонентів. Діаметр дроселів
коливається в межах від 3-25 мм. Підбір дроселя проводять дослідним
шляхом.

22. Неполадки в роботі фонтанних свердловин

В процесі роботи фонтанної свердловини можуть виникатит такі
неполадки:
- Пульсації потоку рідини.При експлуатації фонтанних свердловин
газ поступає не тільки в колону НКТ для підйому нафти але і у
затрубний простір. Тиск газу в затрубному просторі поступово
збільшується і газ витісняє газовану рідину до башмака фонтанних
труб. Газ проривається в труби, швидко виносить рідину на поверхню
і тиск на затрубному просторі і буфері зменшується. Газована рідина
заходить у фонтанні труби і через деякий час картина повторюється.
Це може привести до розгерметизації фланцевих зєднань.для
боротьби з пульсацією використовують такі заходи:
1) біля башмака фонтанних труб встановлюють конусну воронку
діаметром на 5-10 мм меншу від діаметру експлуатаційної колони;
2) застосовують вибійні дроселі;
3) встановлюють на боковому відводі фонтанної арматури із
затрубного простору регулятор тиску “до себе”

23. Неполадки в роботі фонтанних свердловин

-Утворення піщаної пробки на вибої свердловини або в підйомних
-
-
трубах.
Відкладання парафіну на стінках фонтанної арматури та у
фонтанних трубах і викидних лініях. Як метод боротьби
використовуються хімічні, механічні та теплові методи, а саме:
пересувні парові установки, скребки, деемульгатори.
Відкладання солей на стінках фонтанних труб і викидних лініях. Як
метод боротьби використовуються хімічні та механічні методи.