Фонтанный и газлифтный способы эксплуатации нефтяных скважин.

Введение

Нефть играет огромную роль в народном хозяйстве. Из нефти вырабатываются жидкие топлива различных видов: бензины, керосины, реактивные и дизельные сорта горючего для двигателей внутреннего сгорания, мазуты, различные виды смазочных материалов, битумы, синтетические кислоты и многое другое.
Попутные нефтяные газы, газы деструктивных процессов переработки нефти, ароматические углеводороды служат основным сырьем для химической промышленности.
В настоящее время роль нефтяной промышленности как сырьевой базы нефтехимии существенно возросла. Применение в нефтехимии попутных газов и газов деструктивных процессов переработки гораздо эффективнее, чем газов коксового происхождения. Нефть, газ и продукты их переработки играют важную роль в укреплении экономического сотрудничества стран с различным социальным строем на базе развития взаимовыгодных международных торговых отношений.
Типичное российское месторождение нефти и газа это сложная геология, большие глубины и отсутствие инфраструктуры, что относит его в категорию трудноизвлекаемых запасов, поэтому для более полного освоения месторождения необходимо применять различные способы эксплуатации нефтегазоносных скважин.


1 ФОНТАННЫЙ И ГАЗЛИФТНЫЙ СПОСОБЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

1.1 Фонтанный способ эксплуатации нефтяных скважин

Под фонтанной эксплуатацией понимается такой способ подъема продукции скважины от забоя на дневную поверхность, при котором энергия на забое W3a6 больше или равна энергии, расходуемой на преодоление различных сопротивлений Wc на всей длине скважины в процессе подъема, т.е. W3a6 > Wc [1,2]
Основными источниками естественного фонтанирования являются потенциальная энергия жидкости Wж и газа Wг, выделяющегося из нефти при давлении, меньшем давления насыщения. Таким образом, естественное фонтанирование осуществляется только за счет природной энергии Wп, которой обладает продукция скважины на забое W3a6 = Wп = Wж = Wг.
В зависимости от физико-химических свойств продукции и технологического режима работы скважины составляющие природной энергии (Wж и Wг) могут быть различными по величине и изменяться во времени: Wж > Wг, Wж = Wг, Wж < Wг.
В зависимости от соотношения этих слагаемых природной энергии, а также от соотношения P3a6 и Рнас, можно использовать различные принципиальные схемы оборудования добывающих скважин, которые представлены на рис. 1.1.
Если разработка ведется при искусственном воздействии на залежь, например, поддержанием пластового давления, то в залежь вводится значительное количество потенциальной энергии с поверхности, которая распределяется между скважинами и на каждую скважину приходится определенное количество искусственно введенной энергии Wи.
В общем случае энергия, которой располагает продукция на забое скважины, такова: W3a6 = Wп + Wи или W3a6 = Wж + Wг + Wи
При Wи = 0 подъем продукции скважины осуществляется только за счет природной энергии и такой способ будем называть естественным фонтанированием. Если же Wи > 0, такой способ подъема продукции будем называть искусственным фонтанированием. Если в выражении положить Wи = 0 и Wг = 0 (Py > Pнас), то W3a6 = Wж и такой вид фонтанирования называется артезианским.


Рис. 1.1. Схемы оборудования скважин при фонтанировании:
а - условия: Wж ≤ Wг, P3a6 ≤ Pнac, P6 ≤ Pнac, H6 = Lc, б - условия: Wж > Wг, P3a6 > Pнac, P6 = Pнac, H6 < Lc, в- условия: Wж > Wг, P3a6 > Pнac, P6 < Pнac, H6 < Lc, г- условия: Wж = W3a6, (Wг = 0), Py ≥ Pнac, H6 < Lc (H6 > 0); I - зона движения жидкости в скважине; II - зона движения газожидкостной смеси в скважине; III - зона движения газожидкостной смеси в подъемнике


Схема, представленная на рис. 1.1, а, предпочтительна в том случае, когда Wж < Wг (P6 < P3aб), т.е. для нефтей различной газонасьпценности и большим давлением насыщения (Pзаб ≤ Pнас) и позволяет в значительной степени использовать природную энергию газа на подъем продукции (H6 ≈ Lc); наилучшие условия: Pзаб = Pнас, σ = 0.
Схема, представленная на рис. 1.1, б, предпочтительна в том случае, когда Wж > Wг, т.е. для нефтей с невысокой газонасьпценностыо и небольшим давлением насыщения

. C целью максимального использования природной энергии газа башмак подъемника необходимо спускать на глубину, соответствующую давлению насыщения (P6 = Pнaс, H6 < Lc); при этом σ = 0.
Схема, представленная на рис. 1.1, в, предпочтительна в том случае, когда Wж > Wг (Pзаб > Pнас, Pб < Pнас) и может быть рекомендована для различных физико-химических свойств продукции при определенных технологических ограничениях. По экономическим критериям эта схема может не уступать двум предыдущим.
Схема, представленная на рис. 1.1, г, характерна для артезианских скважин и технологически отличается от описанных тем, что давление на устье скважины больше или равно давлению насыщения (Ру > Pнас).
Забойное давление для таких скважин рассчитывается по формуле 1.1:

(1.1)

где ρж - плотность продукции скважины, кг/м3; ∑Pc - суммарные потери энергии на преодоление сопротивлений, определяемых динамикой потока, Па.
Глубина спуска башмака подъемника Нб в таких скважинах может быть различной и зависит только от свойств продукции и режима ее движения. В отдельных случаях допустима эксплуатация таких скважин без подъемных труб [1].


1.2 Газлифтный способ эксплуатации нефтяных скважин

Подъем продукции скважин на дневную поверхность, когда основным энергетическим источником является потенциальная энергия газа, вводимого в продукцию извне, называется газлифтным способом эксплуатации [3].
В качестве рабочего агента используется газ, отбираемый, например, из газовой залежи (природный газ) или попутно- добываемый (нефтяной газ). Ранее в качестве рабочего агента использовали воздух (эрлифт). В настоящее время воздух не используется в качестве рабочего агента по следующим причинам:
происходит окисление нефти с потерей ее качества;
образуется стойкая водонефтяная эмульсия (при добыче обводненной нефти), разрушение которой в процессе подготовки нефти затруднено. Кислород воздуха за счет окислительных процессов образует на поверхности глобул воды прочные оболочки, которые препятствуют их коалесценции и укрупнению;
компрессоры, используемые для компримирования воздуха, в случае нарушения системы смазки могут взрываться.
при определенном содержании углеводородных газов с воздухом образуется взрывчатая смесь (гремучий газ), которая чрезвычайно опасна в пожарном отношении;
В настоящее время газлифтная эксплуатация реализуется в двух модификациях:
с использованием сжатого газа, получаемого на компрессорных станциях - компрессорный газлифт;
с использованием сжатого газа, отбираемого из газовой залежи - бескомпрессорный газлифт.
Компрессорный газлифт относится к механизированному способу эксплуатации скважин; к механизированному способу относятся и все виды насосной эксплуатации скважин. Компрессорный газлифт обладает рядом преимуществ и недостатков в сравнении с насосной добычей.
К основным преимуществам относятся:
возможность эксплуатации высокодебитных скважин;
достаточно простое оборудование, спускаемое в скважину;
легкое регулирование работы скважины.
Вместе с тем, компрессорный газлифт обладает и существенными недостатками:
относительно низкий КПД процесса подъема, особенно обводненной продукции, составляющий в ряде случаев всего несколько процентов;
необходимость строительства компрессорной станции, что удорожает добычу нефти;
как правило, высокие затраты газа на подъем единицы продукции.
Различают два принципиальных типа газлифтной эксплуатации: 1 - Непрерывный газлифт, 2 - Периодический газлифт [1].
Непрерывный газлифт реализуется тогда, когда продуктивность скважины достаточно высока. В случае низкой продуктивности скважины используется периодический газлифт по двум основным схемам: газлифт с перепускным клапаном и газлифт с камерой накопления.
Классификация газлифтных скважин может быть выполнена по нескольким признакам:
По характеру ввода рабочего агента: прямая закачка; обратная закачка.
По количеству колонн НКТ: однорядный подъемник; двухрядный подъемник; полу торорядный подъемник (лифт Саундерса).
По типу используемой энергии рабочего агента:
компрессорный;
бескомпрессорный.
Бескомпрессорный газлифт осуществляется за счет сжатого газа, отбираемого, например, из газовой залежи и распределяемого по газлифтным скважинам