Понятие о конструкции скважины и типы обсадных колонн

Понятие о конструкции  скважины и типы обсадных колонн

 

Под конструкцией скважины понимают совокупность данных о количестве и глубине спуска обсадных колонн, диаметрах обсадных колонн, диаметрах ствола скважины для каждой из колонн и интервалах цементирования (верхней и нижней глубинах каждого интервала).

Конструкция скважины должна обеспечивать доведение скважины до проэктной глубины, осуществление  заданных способов вскрытия продуктивных горизонтов и методов их эксплуатации.

Используются  следующие типы обсадных колонн.

Направление –  применяется для крепления верхнего интервала, сложенного неустойчивыми  отложениями, для предотвращения размыва  устья скважин.

Кондуктор - применяется  для крепления верхних неустойчивых интервалов разреза, изоляции водоносных горизонтов от загрязнения, установки на устье противовыбросового оборудования, для подвески последующих обсадных колонн.

Промежуточная обсадная колонна – для крепления  и изоляции вышележащих зон геологического разреза, несовместимых по условиям бурения с нижележащими, для предотвращения осложнений и аварий в скважине при бурении последующего интервала, в благоприятных условиях может использованиииа в качестве эксплуатационных.

Эксплуатационная  колонна – для крепления и  разобщения прод. гоизонтов и изоляции их от других горизонтов геологического разреза скважины, для извлечения нефти иил газа на поверхность любыми известными способами.

Промежуточные обсадные колонны бывают сплошные (весь ствол), хвостовики (только обсаженный интервал с перекрытием предыдущей ОК не менее чем на 100 м), летучки – применяются только для ликвидации осложнений, до устья не наращиваются.

При проектировании рациональной конструкции скважин  учитывают:

особенности геологического строения месторождения, изоляцию водоносных и газонефтеносных горизонтов друг от друга, а также возможные дебиты и методы эксплуатации скважины;

целевое назначение скважины (разведочная, эксплуатационная и т.д.);

способ вскрытия продуктивного горизонта и метод  извлечения нефти или газа из него;

максимальное  снижение уровня нефти в колонне в период эксплуатации;

минимальный расход металла и цемента без ущерба для последующей эксплуатации.

Проектирование  конструкции скважины ведут снизу (после выбора диаметра эксплуатационной колонны) вверх. При этом учитывается, что в газовой скважине:

давление устья  близко к забойному, что важно  при расчете обсадных колонн;

происходит  значительное охлаждение колонны, растущее с увеличением перепада давлений. Это создает дополнительные напряжения;

при значительном увеличении диаметра газовых скважин в отдельных случаях дебит газа может снижаться за счет скопления газа у забоя (Саратовское месторождение);

при неудачной  конструкции или при некачественном цементировании возникают большие  подземные потери газа.

скважина  нефть добыча

 

Схема конструкции скважины

 

Классификация скважин по назначению

 

Цилиндрическая горная выработка, проводимая с поверхности земли  вглубь при помощи механизмов и имеющая  очень небольшое поперечное сечение  по сравнению с глубиной, называется буровой скважиной. Скважины могут быть вертикальными или наклонными, диаметры их колеблются в широких пределах (25-900 мм), глубина — от нескольких метров до нескольких тысяч метров.

Начало скважины у поверхности  земли называется устьем, дно —  забоем, стенки скважины образуют ее ствол.

Все скважины, бурящиеся  с целью региональных исследований, поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений или  залежей, делятся на следующие категории: опорные, параметрические, структурные, поисковые, разведочные, эксплуатационные.

1. Опорные скважины бурят  для изучения геологического  строения и гидрогеологических  условий регионов, определения общих  закономерностей распространения  комплексов отложений, благоприятных  для нефтегазонакопления, с целью  выбора наиболее перспективных  направлений геологоразведочных работ на нефть и газ.

Опорные скважины подразделяются на две группы:

К первой группе относят  скважины, закладываемые в районах, не исследованных бурением, с целью  всестороннего изучения разреза  осадочных пород и установления возраста и вещественного состава фундамента.

Ко второй группе относят  скважины, закладываемые в относительно изученных районах для всестороннего  изучения нижней части разреза, ранее  не вскрытой бурением, или для освещения  отдельных принципиальных вопросов с целью уточнения геологического строения и перспектив нефтегазоносности района и повышения эффективности геологоразведочных работ на нефть и газ.

2. Параметрические скважины  бурят для изучения глубинного  геологического строения и сравнительной  оценки перспектив нефтегазоносности возможных зон нефтегазонакопления; выявления наиболее перспективных районов для детальных геологопоисковых работ, а также для получения необходимых сведений о геолого-геофизической характеристике разреза отложений с целью уточнения результатов сейсмических и других геофизических исследований.

3. Структурные скважины  бурят для выявления перспективных  площадей и их подготовки к  поисково-разведочному бурению.

4. Поисковые скважины  бурят с целью открытия новых  месторождений нефти и газа. К этой категории относят скважины, заложенные на новой площади, а также первые скважины, заложенные на те же горизонты в обособленных тектонических блоках, или скважины, заложенные на новые горизонты в пределах месторождения. Поисковыми их считают до получения первых промышленных притоков нефти или газа.

5. Разведочные скважины  бурят на площадях с установленной  промышленной нефтегазоносностью  с целью подготовки запасов  нефти газа.

6. Эксплуатационные скважины  бурят для разработки и эксплуатации  залежей нефти и газа. В эту категорию входят оценочные, эксплуатационные, нагнетательные и наблюдательные (контрольные, пьезометрические) скважины.

Оценочные скважины бурят  на разрабатываемую или подготавливаемую к опытной эксплуатации залежь нефти  с целью уточнения параметров и режима работы пласта, выявления и уточнения границ обособленных продуктивных полей, а также оценки выработки отдельных участков залежи.

Нагнетательные скважины используют при воздействии на эксплуатируемый  пласт различных агентов (закачка  воды, газа или воздуха и др.).

Наблюдательные скважины бурят для наблюдения за изменением давления, положения водо-газонефтяных контактов в процессе эксплуатации пласта.

7. Специальные скважины  бурят для сброса промышленных  вод, ликвидации открытых фонтанов  нефти и газа, подготовки структур для подземных хранилищ газа и закачки в них газа, разведки и добычи технических вод.

 

Промысловый сбор и подготовка нефти, газа и воды

 

Поступающая из нефтяных и  газовых скважин продукция не представляет собой соответственно чистые нефть и газ. Из скважин вместе с нефтью поступают пластовая вода, попутный (нефтяной) газ, твердые частицы механических примесей (горных пород, затвердевшего цемента).

Пластовая вода это сильно минерализованная среда с содержанием  солей до 300 г/л. Содержание пластовой воды в нефти может достигать 80%. Минеральная вода вызывает повышенное коррозионное разрушение труб, резервуаров; твердые частицы, поступающие с потоком нефти из скважины, вызывают износ трубопроводов и оборудования. Попутный (нефтяной) газ используется как сырье и топливо.

Технически и экономически целесообразно нефть перед подачей  в магистральный нефтепровод  подвергать специальной подготовке с целью ее обессоливания, обезвоживания, дегазации, удаления твердых частиц.

На нефтяных промыслах чаще всего используют централизованную схему сбора и  подготовки нефти. Сбор продукции производят от группы скважин на автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ). От каждой скважины по индивидуальному  трубопроводу на АГЗУ поступает нефть вместе с газом и пластовой водой. На АГЗУ производят учет точного количества поступающей от каждой скважины нефти, а также первичную сепарацию для частичного отделения пластовой воды, нефтяного газа и механических примесей с направлением отделенного газа по газопроводу на ГПЗ (газоперерабатывающий завод). Частично обезвоженная и частично дегазированная нефть поступает по сборному коллектору на центральный пункт сбора (ЦПС). Обычно на одном нефтяном месторождении устраивают один ЦПС. Но в ряде случаев один ЦПС устраивают на несколько месторождений с размещением его на более крупном месторождении. В этом случае на отдельных месторождениях могут сооружаться комплексные сборные пункты (КСП), где частично производится обработка нефти. На ЦПС сосредоточены установки по подготовке нефти и воды. На установке по подготовке нефти осуществляют в комплексе все технологические операции по ее подготовке. Комплект этого оборудования называется УКПН установка по комплексной подготовке нефти.

 

Схема сбора  и подготовки продукции скважин на нефтяном промысле

 

Схема сбора  и подготовки продукции скважин  на нефтяном промысле:

1 - нефтяная  скважина;

2 - автоматизированные  групповые замерные установки  (АГЗУ);

3 - дожимная  насосная станция (ДНС);

4 - установка  очистки пластовой воды;

5 - установка  подготовки нефти;

6 - газокомпрессорная  станция;

7 - центральный  пункт сбора нефти, газа и  воды;

8 - резервуарный  парк

Обезвоженная, обессоленная и дегазированная нефть  после завершения окончательного контроля поступает в резервуары товарной нефти и затем на головную насосную станцию магистрального нефтепровода.

Обезвоживание нефти затруднено тем, что нефть  и вода образуют стойкие эмульсии типа «вода в нефти». В этом случае вода диспергирует в нефтяной среде  на мельчайшие капли, образуя стойкую эмульсию. Следовательно, для обезвоживания и обессоливания нефти необходимо отделить от нее эти мельчайшие капли воды и удалить воду из нефти. Для обезвоживания и обессоливания нефти используют следующие технологические процессы: гравитационный отстой нефти, горячий отстой нефти, термохимические методы, электрообессоливание и электрообезвоживание нефти. Наиболее прост по технологии процесс гравитационного отстоя. В этом случае нефтью заполняют резервуары и выдерживают определенное время (48 ч и более). Во время выдержки происходят процессы коагуляции капель воды, и более крупные и тяжелые капли воды под действием сил тяжести (гравитации) оседают на дно и скапливаются в виде слоя подтоварной воды.

Однако гравитационный процесс отстоя холодной нефти малопроизводительный и недостаточно эффективный метод обезвоживания нефти. Более эффективен горячий отстой обводненной нефти, когда за счет предварительного нагрева нефти до температуры 50 70°С значительно облегчаются процессы коагуляции капель воды и ускоряется обезвоживание нефти при отстое. Недостатком гравитационных методов обезвоживания является его малая эффективность.

Более эффективны методы химические, термохимические, а  также электрообезвоживание и обессоливание. При химических методах в обводненную нефть вводят специальные вещества, называемые деэмульгаторами. В качестве деэмульгаторов используют ПАВ. Их вводят в состав нефти в небольших количествах от 5-10 до 50-60 г на 1 т нефти. Наилучшие результаты показывают так называемые неионогенные ПАВ, которые в нефти не распадаются на анионы и катионы. Это такие вещества, как дисолваны, сепаролы, дипроксилины и др. Деэмульгаторы адсорбируются на поверхности раздела фаз «нефть-вода» и вытесняют или заменяют менее поверхностно-активные природные эмульгаторы, содержащиеся в жидкости. Причем пленка, образующаяся на поверхности капель воды, непрочная, что отмечает слияние мелких капель в крупные, т.е. процесс коалесценции. Крупные капли влаги легко оседают на дно резервуара. Эффективность и скорость химического обезвоживания значительно повышается за счет нагрева нефти, т.е. при термохимических методах, за счет снижения вязкости нефти при нагреве и облегчения процесса коалесценции капель воды.

Наиболее низкое остаточное содержание воды достигается  при использовании электрических методов обезвоживания и обессоливания. Электрообезвоживание и электро-обессоливание нефти связаны с пропусканием нефти через специальные аппараты-электродегидраторы, где нефть проходит между электродами, создающими электрическое поле высокого напряжения (20-30 кВ). Для повышения скорости электрообезвоживания нефть предварительно подогревают до температуры 50-70°С. При хранении такой нефти в резервуарах, при транспортировке ее по трубопроводам, в цистернах по железной дороге или водным путем значительная часть этих углеводородов теряется за счет испарения. Легкие углеводороды являются инициаторами интенсивного испарения нефти, так как они увлекают за собой и более тяжелые углеводороды.

В то же время  легкие углеводороды являются ценным сырьем и топливом (легкие бензины). Поэтому перед подачей нефти из нее извлекают легкие низкокипящие углеводороды. Эта технологическая операция и называется стабилизацией нефти. Для стабилизации нефти ее подвергают ректификации или горячей сепарации. Наиболее простой и более широко применяемой в промысловой подготовке нефти является горячая сепарация, выполняемая на специальной стабилизационной установке. При горячей сепарации нефть предварительно подогревают в специальных нагревателях и подают в сепаратор, обычно горизонтальный. В сепараторе из подогретой до 40-80°С нефти активно испаряются легкие углеводороды, которые отсасываются компрессором и через холодильную установку и бензосепаратор направляются в сборный газопровод. В бензосепараторе от легкой фракции дополнительно отделяют за счет конденсации тяжелые углеводороды.