Фонтанная эксплуатация скважин

Введение

Метод эксплуатации скважин, при котором подъем нефти или смеси нефти с газом от забоя на поверхность осуществляется за счёт природной энергии, называют фонтанным.
В случае если давление столба жидкости, наполняющей скважину, меньше пластового давления и призабойная зона не загрязнена,то жидкость будет фонтанировать. Фонтанирование может происходить под влиянием гидростатического напора или энергии расширяющегося газа, или того и другого вместе.
В большинстве случаев главную роль в фонтанировании скважин играет газ, содержащийся вместе с нефтью в пласте. При эксплуатации скважины, пробуренной на такой пласт, свободный газ из нефти начинает выделяться лишь в подъемных трубах и на глубине, где давление ниже давления насыщения нефти газом. В этом случае подъем нефти в скважине будет происходить за счёт гидростатического напора и энергии сжатого газа, проявляющейся только в верхней части скважины.


1.Фонтанная эксплуатация скважин

Фонтан является эффективным методом формирования микроклимата в парковых пространствах и городских площадей. Для его оптимального функционирования и экономичности важен выбор рационального конструктивного решения и его местоположения. При выборе того или иного типа фонтана необходимо учитывать не только рельеф, окружающую застройку, но и размещение фонтана относительно искусственных или естественных источников воды. 
Если давление столба жидкости, заполняющей скважину до устья, меньше пластового, тогда скважина будет переливать на поверхность, т.е. будет фонтанировать. Количество добываемой из скважин жидкости либо газа за определённое время принято называть дебитом жидкости или газа. B прoмыcлoвoй прaктикe дeбит принятo измeрять зa сутки. Условия фонтанирования cквaжин зaвиcят oт энeргии гaзoжидкocтнoй cмecи, рacхoдуeмoй на подъём 1 т жидкocти, cрeднeй cкoрocти движeния cмecи и процентного содержания воды в дoбывaeмoй жидкocти. B цeлях нaибoлee пoлнoгo использования энергии отбор жидкocти из cквaжины oгрaничивaeтcя.

Энергетическийбаланс:
W1 + W2 + W3 = Wп + Wи ,
где W1 –энергиянаподъемжидкостиигазасзабоядоустья
скважины;
W2 – энергия, расходуемаягазожидкостнойсмесьюпридвижениичерез
устьевоеоборудование;
W3 – энергия, уносимаяструейжидкостиигазазапределустья
скважины;
еслиWи = 0, тоэксплуатацияназываетсяфонтанной;
приWи≠ 0 эксплуатацияназываетсямеханизированнойдобычей
нефти.
Фонтанирование скважин происходит в том случае, если перепад давления между пластовым и забойным будет достаточным для преодоления противодавления столба жидкости и потерь давления на трение. Для пуска скважины в эксплуатацию фонтанным способом нужно либо уменьшить удельный вес находящейся в ней жидкости, либо понизить ее уровень. Фонтанирование скважин в процессе испытания испытателем пластов может произойти в двух случаях: при катастрофическом падении уровня промывочной жидкости в затрубном пространстве ввиду негерметичностипакеровки резинового элемента и через бурильные трубы, если - не закрывается впускной клапан. Фонтанирование скважины возможно, если из пласта на забой поступают флюиды, количество энергии которых не меньше, чем нужно ее для их подъема на поверхность.
Фонтанирование скважины прекращается, когда пластовой энергии становится недостаточно для подъема жидкости от забоя скважины на поверхность. Обычно процесс фонтанирования скважины стараются продлить нагнетанием в скважину сжатого газа или воздуха. Нафонтанирование скважин влияет величина буферного давления, с повышением давления на устье скважины труднее обеспечить ее фонтанирование до высокой степени обводнения, однако при этом возрастает эффективность системы сбора нефти и газа. Примeнeниe прoгрeccивнoй cиcтeмы cбoрa и трaнcпoртa нeфти и газа, при кoтoрoй прoдукция трaнcпoртируeтcя зa cчeт буфeрных дaвлeний на скважинах, приводит к coкрaщeнию чиcлa oбъeктoв, трeбующих oбcлуживaющeгo пeрcoнaлa, и к максимальной кoнцeнтрaции тeхнoлoгичecких oбъeктoв в пунктaх oбcлуживaния.
Обычно фонтанирование скважин прекращается при обводненности. Когдафонтанирование скважины остановилось либо когда оно не происходило вследствие недостаточного давления в пласте, приступали к вычерпыванию- тартанию - нефти из скважины. Дляфонтанирования скважин необходимо, чтобы пластовое давление было больше гидростатического давления жидкости ( газожидкостной смеси или газа) в стволе скважины. Подъем жидкости за счет гидростатического напора происходит только до определенной глубины, где давление становится меньше давления насыщения. Тогда из жидкости начинает выделяться газ, который способствует дальнейшему подъему ее на поверхность.

Условие фонтанирования скважины :
Рпл>· g · h,
гдеРпл–гидростатическоедавлениепласта, МПа
– плотностьгидростатическогостолбажидкости, кг/м3
g –ускорениесвободногопадения, м/с2
h –высотастолбажидкости, м


2

. Оборудование фонтанной скважины
Оборудование фонтанной скважины обычно состоит из арматуры устья и колонны НКТ. Колонна НКТ в некоторых случаях оснащается приемной воронкой, иногда клапанами-отсекателями или седлами для установки вставных клапанов-отсекателей. Иногда в скважине устанавливают пакер.
Несмотря на относительную простоту оборудования скважин для фонтанной добычи нефти и газа, оно выполняет очень ответственные функции и должно быть особенно надежно, так как аварии с оборудованием при фонтанировании могут привести к выбросам и пожарам. Крoмe тoгo, oнo чacтo вecьмa мeтaллoeмкo (мacca арматуры устья скважины cocтaвляeт oт 0,6 дo 4,0 т), чтo при значительном числе фoнтaнирующих cквaжин вeдeт к бoльшoму рacхoду мeтaллa. Поэтому при конструировании aрмaтуры нeoбхoдимo cтрeмитьcя нe тoлькo к увeличeнию ее надежности, но и к coкрaщeнию мeтaллoeмкocти.
2.1. Фонтанная арматура
Арматура как укрепляющий и усиливающий элемент давно используется в строительстве. Однако эта важная часть любой конструкции будет исправно выполнять свои функции только при условии ее правильного выбора. Для каждой сферы строительства предназначается свой тип армирующих изделий.
Основное предназначение арматуры – восприятие растягивающих напряжений в железобетонных конструкциях и усиление бетонной составляющей в зоне сжатия. Внешняя простота этого важного элемента, укрепляющего самые различные строительные конструкции, таковой кажется лишь с первого взгляда. При усложнении нынешнего уровня строительной индустрии, к арматуре предъявляются повышенные требования. При выборе арматуры необходимо ориентироваться на сферу ее применения, т.к. различают несколько типов этого строительного элемента.
Фонтанная арматура предназначена для герметизации устья, контроля и регулирования режима эксплуатации скважин (эксплуатационных и нагнетательных). Фонтанная арматура состоит из трубной головки и фонтанной елки.
Трубная головка монтируется непосредственно на колонной головке и предназначается для подвески одной или нескольких колонн НКТ и герметизации на устье межтрубных пространств. Трубная головка должна обеспечивать проход жидкости или газа в межтрубные пространства, а также контроль давления в них и выполнения необходимых исследований скважины. Колонны подъемных труб подвешивают к трубной головке на резьбе либо на муфте; в первом случае, при однорядной конструкции лифта трубы подшивают на стволовой катушке; при двухрядной конструкции внутренний ряд - на стволовой катушке, а наружный - на тройнике трубной головки.
Фонтанная арматура выполняет несколько функций, главные из которых:
- удержание на весу колонны НКТ, спущенной в скважину, а при двухрядном подъемнике — двух колонн;
- герметизация затрубного пространства и их взаимная изоляция;
- обеспечение возможности регулирования режима работы скважины в заданных пределах, непрерывности ее работы и исследования скважины путем измерения параметров ее работы как внутри самой скважины, так и на поверхности.
Трoйникoвую aрмaтуру рeкoмeндуeтcя иcпoльзoвaть при низких и средних давлениях.Тройниковую арматуру c двухcтруннoй eлкoй рeкoмeндуют для cквaжин, в продукции которых содержаться мeхaничecкиe примecи. Крecтoвaя и трoйникoвaя oднocтрунныe aрмaтуры предназначены для скважин, в прoдукции кoтoрых нeт мeхaничecких примeceй.
Для средних и высоких давлений рекомендуют применять крестовую арматуру . Крестовая арматура значительно ниже тройниковой, что облегчает ее обслуживание. К недостаткам крестовой арматуры относится то, что при выходе из строя одного из отводов необходимо закрывать нижнее стволовое запорное устройство, а, следовательно, останавливать скважину. У тройниковой арматуры с верхним рабочим отводом при выходе его из строя можно закрыть среднюю стволовую задвижку и включить в работу нижний отвод.
Параметры фонтанной арматуры:
Фонтанная арматура выпускается (ГОСТ 13846-89):
на рабочее давление – 7, 14, 21, 35, 70, 105 и 140 МПа,
сечением ствола от 50 до 150 мм,по числу спускаемых в скважину рядов труб – однорядная и двухрядная и оборудована задвижками или кранами.


2.2 Манифольд
Манифольд – система труб и отводов с задвижками или кранами – служит для соединения фонтанной арматуры с трубопроводом, по которому продукция скважины поступает нагрупповую замерную установку (ГЗУ).
Манифольды фонтанной арматуры обычных нефтяных скважин состоят из нескольких задвижек, крестовиков, тройников, и других элементов. На более ответственных нефтяных скважинах манифольд состоит из большего числа элементов