Коэффициент гидродинамического совершенства скважины

Формула Дюпюи для гидродинамически совершенной скважины:

, где к - проницаемость, мкм²

h– толщина пласта, м

∆P= P_пл-P_з– перепад давления, МПА

P_пл, P_з– давление на контуре и на забое соответственно

µ - вязкость, Па*с

R_к, Rс – радиус контура питания и скважины

Скважина называется совершенной, когда она вскрывает пласт на всю толщину, вскрытая область в зоне пласта не крепится обсадной колонной (т. е. пласт - открытый) и проницаемость зоны пласта не ухудшилась при его вскрытии.

1) Несовершенство по степени вскрытия.

Несовершенство по степени обозначается- C1. Это значит, что скважина вскрывает пласт не на всю глубину.

2) Несовершенство по характеру вскрытия.

Обозначается – C2. Означает, что пласт крепится обсадной колонной, которая перфорируется.

3) Несовершенство по качеству вскрытия.

Обозначается – S. S- скин эффект, явление ухудшения проницаемости в призабойной зоне пласта).

S= S_б+ S_п+ S_ц

, где S_б– первичное вскрытие бурением

S_п– вторичное вскрытие перфорацией

S_ц– цементирование

Формула Дюпюи, для гидродинамически несовершенной скважины:

Коэффициент гидродинамического несовершенства:

20. Гидрозащита типа Г, назначение, устройство, принцип действия.

Гидрозащита предназначена для предотвращения проникновения пластовой жидкости во внутреннюю полость электродвигателя, компенсации объема масла во внутренней полости от температуры электродвигателя и передачи крутящего момента от вала электродвигателя к валу насоса. Существует несколько вариантов гидрозащиты: П, ПД, Г. Гидрозащиту выпускают обычного и коррозионностойкого исполнений. Основным типом гидрозащиты для комплектации ПЭД принята гидрозащита открытого типа. Гидрозащита открытого типа требует применения специальной барьерной жидкости плотностью до 21 г/см, обладающий физико-химическими свойствами с пластовой жидкостью и маслом. Гидрозащита состоит из двух камер сообщенных трубкой. Изменение объемов жидкого диэлектрика в двигателе компенсируется перетоком барьерной жидкости из одной камеры в другую. В гидрозащите закрытого типа применяются резиновые диафрагмы. Их эластичность компенсирует изменение объема масла.

Разработано два варианта конструкций гидрозащит для дви­гателей унифицированной серии: открытого типа — П92; ПК92; П114; ПКН4 и закрытого типа —П92Д; ПК92Д; (с диафраг­мой) П114Д; ПКН4Д.

Гидрозащиту выпускают обычного и коррозионностойкого (буква К — в обозначении) исполнений. В обычном исполнении гидрозащита покрыта грунтовкой ФЛ-ОЗ-К ГОСТ 9109—81. В коррозионностойком исполнении гидрозащита имеет вал из К-монеля и покрыта эмалью ЭП-525, IV, 7/2 110 °С.

Конструкция гидро­защиты открытого типа представлена на рис. 20 а, закрытого типа — на рис. 20 б.

Верхняя камера за­полнена барьерной жид­костью, нижняя — ди­электрическим маслом. Камеры сообщены труб­кой. Изменения объемов жидкого диэлектрика в двигателе компенсиру­ются за счет перетока барьерной жидкости в гидрозащите из одной ка­меры в другую.

Рис. 20. Гидрозащита откры­того (а) и закрытого (б) ти­пов: А — верхняя камера; Б — нижняя камера; 1 — головка; 2 — верхний ниппель,; 3 — корпус; 4 — средний ниппель; 5 — нижний ниппель; 6 — основание; 7 — вал; 8 — торцо­вое уплотнение; 9 — соединитель­ная трубка; 10 — диафрагма

Гидрозащита выпускается в соответствии с нормативно-технической документацией.

Обозначение гидрозащиты по ТУ 3381-026-21945400-97:

Структура условного обозначения сборочных единиц гидрозащиты по ТУ 3311-026-21945400-97:

Протектор

Компенсатор

Гидрозащита типа Г состоит из двух сборочных единиц: протектора, который устанавливается между двигателем и насосом, и компенсатора, расположенного в нижней части двигателя.

Протектор гидрозащиты типа Г (рис. 3.9) состоит из головки, верхнего, среднего и нижнего ниппелей, верхнего и нижнего корпусов и основания, соединенных между собой резьбовыми соединениями.

Рис. 3.9. Конструкция протектора гидрозащиты типа Г

1 — головка; 2 — ниппель верхний; 3 — подшипник; 4 — торцевое уплотнение; 5 — ниппель; 6 — корпус верхний; 7 — диафрагма верхняя; 8 — ниппель нижний; 9 — диафрагма нижняя; 10 — подпятник верхний; 11 — пята; 12 — подпятник нижний; 13 — основание; 14 — клапан обратный; 15 — корпус нижний

На валу протектора установлены три радиальных подшипника скольжения. Осевые нагрузки через пяту воспринимаются верхним и нижним подпятниками. На обоих концах вала имеются шлицы для соединения с двигателем и насосом. На валу последовательно установлены три торцевых уплотнения, зафиксированных пружинными кольцами. Внутри корпусов размещены две короткие диафрагмы — верхняя и нижняя, — концы которых посредством хомутов герметично закреплены на опорах. Внутренняя полость нижней диафрагмы при соединении протектора с двигателем сообщается с его внутренней полостью. Задиафрагменная полость нижней диафрагмы продольными каналами в нижнем ниппеле сообщена с внутренней полостью верхней диафрагмы, а полость верхней диафрагмы продольными каналами в среднем ниппеле сообщается с полостью между верхним и средним торцовыми уплотнениями. Протектор заполняют маслом через отверстия под пробки с обратными клапанами, выпуская при этом воздух через соответствующие пробки.

Защита от проникновения пластовой жидкости обеспечивается торцовыми уплотнениями и резиновой диафрагмой.

При работе электродвигателя и в процессе его включений и выключений заполняющее его масло периодически нагревается и охлаждается, соответственно изменяясь в объеме. Изменение объёма масла компенсируется за счет деформации эластичной диафрагмы компенсатора.

В процессе работы происходит утечка масла через торцевые уплотнения. По мере расхода масла диафрагма компенсатора (рис. 3.10) складывается, а диафрагмы протектора расширяются. После полного расхода масла из компенсатора наступает второй период работы гидрозащиты, когда используются компенсационные возможности диафрагмы протектора. При падении давления во внешней полости диафрагмы протектора, при остановке электродвигателя и охлаждении масла обратный клапан открывается и впускает во внешнюю полость пластовую жидкость, выравнивая тем самым давления.

Рис. 3.10. Конструкция компенсатора гидрозащиты типа Г

1 — поршень автоматического клапана; 2 — диафрагма

Последовательное дублирование эластичных диафрагм и торцовых уплотнений в протекторе повышает надежность защиты электродвигателя от попадания в него пластовой жидкости.

21. Конструкция скважин и оборудование их забоев.

В любом случае конструкция забоя скважины должна обеспечивать:

- механическую устойчивость призабойной части пласта, доступ к забою скважин спускаемого оборудования, предотвращение обрушения породы;

- эффективную гидродинамическую связь забоя скважины с нефтенасыщенным пластом;

- возможность избирательного вскрытия нефтенасыщенных и изоляцию водо- или газонасыщенных пропластков, если из последних не намечается добыча продукции;

- возможность избирательного воздействия на различные пропластки или на отдельные части (по толщине) монолитного пласта;

- возможность дренирования всей нефтенасыщенной толщины пласта.

Геологические и технологические условия разработки месторождений различны, поэтому существует несколько типовых конструкций забоев скважин.

1. При открытом забое (рис. 4.1, а) башмак обсадной колонны цементируется перед кровлей пласта. Затем пласт вскрывается долотом меньшего диаметра, причем ствол скважины против продуктивного пласта оставляется открытым.

Такая конструкция возможна при достаточно устойчивых горных породах; при сравнительно однородном пласте, не переслаивающимся глинами, склонными к набуханию и обрушению без газоносных и водоносных прослоев; при наличии до вскрытия пласта достаточно точных данных об отметках кровли и подошвы продуктивного пласта; при относительно малой толщине пласта, оставляемого без крепления, а также в том случае, если при эксплуатации такой скважины не может возникнуть необходимость избирательного воздействия на отдельные пропластки.

Существенным достоинством открытого забоя является его гидродинамическая эффективность. Скважина с открытым забоем принимается за эталон и ее коэффициент гидродинамического совершенства принимается равным единице. Вместе с тем, невозможность избирательного вскрытия нужных пропластков и избирательного воздействия на них вместе с постоянной угрозой обвалов в призабойной зоне при создании больших депрессий сильно ограничивают возможности использования открытого забоя. Поэтому менее 5 % всего фонда скважин имеют открытый забой.

2. Если забой скважины оборудован фильтром, то возможны два варианта конструкции. Первый вариант (рис. 4.1, б): скважина бурится сразу до подошвы пласта, крепится обсадной колонной с заранее насверленными отверстиями в нижней части, приходящимися против продуктивной толщи пласта, затем выше кровли пласта колонна цементируется по способу манжетной заливки. Пространство между перфорированной частью колонны и вскрытой поверхностью пласта остается открытым.

Условия применения такой конструкции по существу одинаковы с условиями для применения открытого забоя. Однако в этом случае более надежно крепление забоя и гарантируется сохранение полного диаметра колонны до самого забоя даже в случаях частичного обрушения пород в призабойной части.

Второй вариант (рис. 4.1, в): башмак обсадной колонны спускается до кровли пласта и цементируется. В открытой части пласта находится фильтр с мелкими круглыми или щелевидными отверстиями. Кольцевое пространство между верхней частью фильтра и низом обсадной колонны герметизируется специальным сальником или пакером. Основное назначение фильтров – предотвращение поступления песка в скважину. Одно время широкое применение нашли фильтры с продольными щелевыми отверстиями длиной 50 – 80 мм и шириной 0,8 – 1,5 мм.

Кроме того, применялись так называемые кольцевые фильтры, в которых щели создавались между торцами металлических колец, одеваемых на перфорированную трубу. Между торцами колец в нескольких точках по периметру устанавливались прокладки из калиброванной металлической ленты, определявшие ширину кольцевых щелей. В ряде случаев использовались гравийные фильтры, представляющие собой две перфорированные мелкими отверстиями концентрично расположенные трубы. В кольцевое пространство между трубами утрамбовывался отсортированный гравий диаметром 4 – 6 мм, который и являлся основным фильтрующим элементом, задерживающим пластовый песок. Известны также металлокерамические фильтры, изготовляемые путем спекания под давлением керамической дроби. Кольца из такого материала одеваются на перфорированную трубу и на ней закрепляются. Металлокерамические фильтры обладают малым гидравлическим сопротивлением и задерживают самые мелкие фракции песка. Кроме того, известны другие конструкции фильтров, которые не нашли распространения.

Конструкция забоя с фильтром применяется редко и только как средство борьбы с образованием песчаных пробок в скважинах, вскрывающих несцементированные нефтенасыщенные песчаные пласты, склонные к пескопроявлению.

3. Скважины с перфорированным забоем (рис. 4.1, г) нашли самое широкое распространение (более 90% фонда). В этом случае пробуривается ствол скважины до проектной отметки. Перед спуском обсадной колонны ствол скважины и особенно его нижняя часть, проходящая через продуктивные пласты, исследуется геофизическими средствами. Результаты таких исследований позволяют четко установить нефте-, водо- и газонасыщенные интервалы и наметить объекты эксплуатации. После этого в скважину опускается обсадная колонна, которая цементируется от забоя до нужной отметки, а затем перфорируется в намеченных интервалах. Скважина с перфорированным забоем имеет следующие преимущества:

- упрощение технологии проводки скважины и выполнения комплексных геофизических исследований геологического разреза;

- надежная изоляция различных пропластков, не вскрытых перфорацией;

- возможность вскрытия пропущенных или временно законсервированных нефтенасыщенных интервалов;

- возможность поинтервального воздействия на призабойную зону пласта (различные обработки, гидроразрыв, раздельная накачка или отбор и др.);

- устойчивость забоя скважины и сохранение ее проходного сечения в процессе длительной эксплуатации.

Перфорированный забой при вскрытии пласта, склонного к пескопроявлению, не обеспечивает надежную защиту скважины от поступления песка и образования песчаных пробок на забое. Поэтому при вскрытии рыхлых коллекторов для защиты от песка против перфорированного интервала размещают дополнительный фильтр для задержки песка. Однако в этом случае фильтрационное сопротивление потоку пластовой жидкости резко возрастает.

Кроме того, перфорированный забой вызывает сгущение линий тока у перфорационных отверстий, что приводит к увеличению фильтрационного сопротивления по сравнению с открытым забоем.

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, которая строится без доступа человека к забою и имеющая диаметр во много раз меньше длины.

Начало скважины называется устьем, дно - забоем, боковые поверхности - стенками или стволом.

Скважины различного назначения - это капитальные, дорогостоящие сооружения, работающие десятки лет.

Скважины предназначены для поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений.

Незакрепленный открытый ствол скважины не представляет собой надежный канал для соединения продуктивного пласта с дневной поверхностью вследствие неустойчивости горных пород, наличия пластов, насыщенных различными флюидами (вода, нефть, газ, их смеси), которые находятся под различным давлением, и др.

Крепление ствола скважины и разобщение пластов производится путем спуска стальных труб, называемых обсадными, а все спущенные трубы представляют собой обсадную колонну.

Для исключения перетоков различных флюидов из пласта в пласт кольцевое пространство между стенкой скважины и спущенной в нее обсадной колонной заполняется тампонирующим материалом с инертными и активными наполнителями, с химическими реагентами с помощью насосов.

Из вяжущих веществ наиболее широко применяются тампонажные портландцементы.

Поэтому сам процесс разобщения пластов называется цементированием.

В процессе бурения скважин встречаются такие пласты горных пород, где возможны различные осложнения, без ликвидации которых путем спуска дополнительных обсадных колонн невозможно дальнейшее бурение.

В итоге создается устойчивое подземное сооружение определенной конструкции.

Под конструкцией скважины понимается совокупность данных о числе обсадных колонн, их диаметрах и длине, диаметрах ствола скважины под каждую колонну, интервалах цементирования, а также о способах соединения скважины с продуктивным пластом.

В скважину спускают обсадные колонны особого назначения. Это направление, кондуктор, промежуточные колонны, эксплуатационная колонна.

Направление

Направление спускается в скважину для создания направления стволу скважины, для предупреждения размыва и обрушения горных пород со стенок скважины и для соединения ствола скважины с желобами очистной системы. Направление цементируется на всю длину. Длина направления колеблется от нескольких метров до сотни метров в зависимости от разреза горных пород и условий бурения (море, болото, илистые рыхлые грунты и т. д.).

Кондуктор

Кондуктором перекрывают верхнюю часть геологического разреза неустойчивых пород, пласты, насыщенные водой и другими флюидами, поглощающие промывочную жидкость или проявляющие, подающие пластовые флюиды на поверхность. Кондуктором обязательно перекрываются все пласты пресной воды. На кондуктор устанавливается противовыбросовое оборудование, на устье кондуктор служит также опорой для подвески очередных колонн.

Эксплуатационная колонна

Эксплуатационная колонна спускается в скважину для извлечения нефти, газа или для нагнетания в продуктивный горизонт воды или газа с целью поддержания пластового давления.

Эксплуатационная колонна в газовых и разведочных скважинах цементируется полностью. В нефтяных скважинах - либо по всей длине, либо с перекрытием предыдущей колонны на 100 м.

Промежуточная колонна

Промежуточные колонны спускаются в том случае, если невозможно бурение без предварительного разобщения зон осложнений (проявления, поглощения, обвалы). Промежуточные колонны могут быть сплошными, т е. их спускают от устья до забоя и не сплошные, так называемые хвостовики.

22. Основные способы добычи нефти, удельный вес, динамика развития.

Современная добыча нефти осуществляется посредством бурения скважин с последующим извлечением нефти и сопутствующих ей газов и воды. Ей предшествовали примитивные способы добычи: сбор нефти на поверхности водоемов, обработка песчаника или известняка, пропитанного нефтью, а также добыча с помощью колодцев.

Добыча нефти посредством скважин начала широко применяться с 60-х гг. XIX века. Вначале осуществлялся сбор нефти в вырытые рядом со скважинами земляные амбары, а также с помощью цилиндрических ведер с клапаном в днище. Механизированный способ добычи впервые был использован в 1865 г. в США, в 1874 г. глубоконасосная эксплуатация начала использоваться на нефтепромыслах в Грузии, а в 1876 г. - в Баку. Затем была разработана компрессорная добыча нефти, которая была испытана в Баку в 1897 г. Более совершенный способ подъема нефти из скважины - газлифтный - был предложен в 1914 г.

В настоящее время используют три основных способа добычи нефти:

• Фонтанный - жидкость и газ поднимаются по стволу скважины от забоя на поверхность только под действием пластовой энергии.

• Газолифтный - при этом способе добычи для подъема нефти на поверхность в скважину подают или закачивают с помощью компрессоров сжатый углеводородный газ или воздух.

• Насосный - подъем жидкости на поверхность осуществляется с помощью спускаемых в скважину насосов.

Скважинная добыча нефти осуществляется или путем природного фонтанирования под давлением энергии пласта, или при помощи использования механизированного способа поднятия жидкости. Как правило, в самом начале разработки нефтяного месторождения действует фонтанный вид добычи, а позднее ввиду уменьшения фонтанирования скважина переводится на газлифтный или эрлифтный способ добычи или глубинонасосный, в котором добыча нефти осуществляется штанговыми, гидропоршневыми или винтовыми насосами.

Способ, называемый газлифтным представляет собой механизм для поднятия капельной жидкости при помощи энергии, которая содержится в сжатом газе, который с ней смешивается. Это технология внесла определенные дополнения в привычный технологический процесс, поскольку при его использовании обязательно наличие компрессорной станции с газосборными трубопроводами и газораспределителями. Весь комплекс, который состоит из нефтяных скважин, трубопровода, различных установок, при помощи которых нефть добывается из недр – все это называют нефтяной промысел. Существует еще одна современная технология добычи нефти в месторождениях, которые разрабатываются при помощи искусственного заводнения - возведение водоснабдительной системы с насосными станциями.

Современная технология добычи нефти

Процесс добычи нефти можно условно разделить на 3 этапа:

1. движение нефти по пласту к скважинам благодаря искусственно создаваемой разности давлений в пласте и на забоях скважин,

2. движение нефти от забоев скважин до их устьев на поверхности - эксплуатация нефтяных скважин,

3. сбор нефти и сопутствующих ей газов и воды на поверхности, их разделение, удаление минеральных солей из нефти, обработка пластовой воды, сбор попутного нефтяного газа.

Перемещение жидкостей и газа в пластах к эксплуатационным скважинам называют процессом разработки нефтяного месторождения. Движение жидкостей и газа в нужном направлении происходит за счет определенной комбинации нефтяных, нагнетательных и контрольных скважин, а также их количества и порядка работы.

Нефтяные скважины

По назначению скважины разделяют на следующие 5 категорий: опорные, параметрические, поисковые, разведочные и добывающие (эксплуатационные). Опорные скважины предназначены для выявления залежей нефти и газа. Параметрические скважины предназначены для изучения глубинного строения горных пород в зонах, где предполагается наличие нефтяных и газовых месторождений.

Важной характеристикой нефтяных скважин является дебит - среднесуточный уровень добычи нефти. По значению дебита (тонны/сутки) различают низкодебитные (до 7 т/с), среднедебитные (от 7 до 25 т/с), высокодебитные (от 25 до 200 т/с) и сверхвысокодебитные (более 200 т/с) нефтяные залежи. По мере извлечения нефти из скважины, она становится все более труднодоступной и дебит скважины падает.