Файл: Лекция 1 "Оборудование для добычи нефти и газа".rtf

Лекция 1 "Оборудование для добычи нефти и газа"
Принципиальная схема, классификация и состав оборудования для добычи нефти и газа
Нефть и газ превратились в главные источники энергетической мощи человеческого общества и в важнейший источник химического сырья. Обеспеченность государства нефтегазовым сырьем предопределяет уровень экономического развития страны, темпы технического прогресса.

В начале XX века в мире добыча нефти составляла несколько млн. тонн, газ не добывался. В СССР в 1983 г. добывалось 2,7 млрд. т нефти , 2*10³ млрд. т газа. добыча нефть фонтанный арматура

В становлении нефтедобывающей промышленности выделяют три периода:

1 период – малое потребление, небольшое количество месторождений, небольшая глубина скважин, малая вязкость нефти, отсутствие агрессивных сред и воды. Способ добычи – фонтанный. Газ не добывался, а попутный не использовался.

2 период – потребность увеличилась, условия добычи усложнились, коллекторы расположены на больших глубинах 100 n, n=1 10 с более сложными геологическими условиями. Возникла проблема эффективного подъема нефти по скважине после окончания фонтанирования и ряд других проблем (сбор, перекачка, сепарация, очистка, хранение, транспорт). Для этого были разработаны технологии подъема газлифтным, насосным способами и др. началось создание и внедрение новых видов техники – машин и оборудования для разработки нефтяных месторождений и добычи нефти. На этом этапе началась утилизация нефтяного газа. Было создано и внедрено оборудование для эксплуатации скважин фонтанным способом, оборудование для газлифтной эксплуатации скважин с мощными компрессорными станциями, установки для эксплуатации скважин штанговыми и бесштанговыми насосами, оборудование для сбора, перекачки, разделения продукции скважин.

3 период – дальнейший технический прогресс общества потребовал увеличение использования нефти и газа. Поменялся топливно-энергетический баланс. В 1980 г. в СССР доля нефти и газа в топливно-энергетическом балансе составила 44% и 26%. Увеличилась потребность в них в химической промышленности. Это потребовало вовлечение в разработку глубокозалегающих нефтяных и газовых месторождений с нефтью высоких вязкостей, с большим содержанием агрессивных сред, воды, со сложными геологическими условиями и неблагоприятными условиями работ. Таким образом, данный этап характеризуется резким усложнением добычи нефти и газа. Для этого были разработаны технологии форсированного отбора жидкости, эксплуатации глубоких скважин, более совершенного разделения пластовой жидкости и газа, деэмульгирования, обессоливания, обезвоживания нефти и газа. Были разработаны технологии по обработке призабойных зон пласта и воздействия на пласты в целом; процессы увеличения проницаемости пласта, снижение вязкости пластовой жидкости, поддержание и восстановление пластового давления.

Всё это потребовало создания и внедрения большого числа новых машин и оборудования, а это привело к созданию на промыслах служб обеспечения работоспособности этих машин. Были созданы сложные комплексы для ремонта и обслуживания оборудования скважин и средств их эксплуатации.

В результате современный нефтегазовый промысел превратился в объект насыщенный техникой, автоматизированного управления и регулирования, позволяющий выполнять десятки сложных взаимосвязанных процессов. Всё это привело к формированию новой отрасли промышленности – нефтегазового машиностроения. В сложившихся условиях эта отрасль имеет решающее значение, а от того на сколько она эффективна полностью зависит функционирование нефтегазодобывающей промышленности. Одновременно с созданием нефтегазодобывающей промышленности и нефтепромыслового машиностроения формировалась наука в области их создания и сегодня она превратилась в самостоятельную область технических наук.

Дальнейшее развитие нефтедобывающей отрасли связано с вовлечением в разработку всё большего числа мелких месторождений, месторождений со значительными глубинами скважин, с нефтью высоких вязкостей, насыщенной агрессивными средами. Оно связано с освоением месторождением на Крайнем Севере. Возникает необходимость: увеличить нефтеотдачу пластов, до разработки истощенных и разрабатываемых месторождений.

Всё это требует обеспечения нефтегазодобывающей промышленности машинами необходимой номенклатуры с нужными параметрами в необходимом количестве. Особое значение имеет повышение эффективности использования существующего парка машин и оборудования, изучением которых мы займемся.
Функциональная схема комплекса машин и оборудования для добычи нефти и газа
Нефтяные, газовые или газоконденсатные месторождения эксплуатируют с помощью машин, оборудования, сооружений, агрегатов, инструментов функционально связанных между собой и объектом эксплуатации и разработки. Таким образом, под понятием нефтяного или газового промысла следует рассматривать систему, сочетающую как геологическое образование, так и комплекс инженерных средств.



Функциональная схема нефтегазового промысла:

1 — скважины для нагнетания в пласт воды; 2 — скважина для нагнетании в пласт газа; 3 — система сбора пластовой жидкости и газа и их разделения на нефть, газ, воду; 4 — насосные станции; 5 — компрессорные станции; 6 — система поддержания пластового давления нагнетанием в пласт воды и газа; 7 — нефтяные скважины; 8 — газовая шапка; 9 — нефтенасыщенная часть пласта; 10 — водонасыщенная часть пласта; 11 — комплекс оборудования для воздействия на пласт с целью интенсификации добычи и увеличения нефтегазоотдачи путем увеличения проницаемости коллектора и снижения вязкости пластовой жидкости; 12 — комплекс оборудования для текущего ремонта скважин; 13 — комплекс оборудования для капитального ремонта скважин; 14 — оборудование для эксплуатации скважин.
Нефтегазоносная залежь показана в виде антиклинальной структуры, содержит нефть, подпираемую на крыльях пластовой водой, а в сводной части – газовую шапку. Пласт эксплуатируют скважинами, часть которых называют нефтяными они служат для извлечения пластовой жидкости, а часть для нагнетания в пласт воды и газа (в шахту). Этот комплекс скважин важнейший.

Для подъема по скважине пластовой жидкости используют комплекс другого оборудования – оборудования для эксплуатации скважин ( ).

Пластовую жидкость содержащую кроме нефти воду, газ механические примеси с помощью системы сбора собирают и разделяют на компоненты, после чего нефть обессоливают, обезвоживают и направляют потребителям. Из газа после первичной обработки получают сухой газ. Всё это выполняется комплексом механизмов ( 3 ).для интенсификации и более полного извлечения запасов нефти из пласта используют комплекс оборудования ( 11 ) (гидроразрыв, термообработка, кислотная обработка).

Для поддержания пластового давления в пласт с помощью напорного и коммуникационного оборудования ( 6 ) закачивают воду и газ.

Комплекс оборудования для эксплуатации морских и океанических шельфов содержат ещё и специфические виды оборудования. Одним из важнейших назначений этого типа оборудования является обеспечение кустовой эксплуатации, эксплуатации на глубине, над подвижными полями льда. Собственно скважина нефтяная и нагнетательная, подъемное или нагнетательное оборудование сохраняют работоспособность ограниченное время значительно меньшее периода разработки пласта, обычно называемое межремонтным. Поэтому эксплуатация каждой скважины циклична, прерывиста.

Время, затрачиваемое на ремонт скважины – капитальный ремонт ( ) или на ремонт внутрискважинного оборудования (текущий ремонт) ( ) на каждой скважине определяется в зависимости от геологических условий и надежности оборудования.

Из-за большого количества скважин на промысле и малого межремонтного периода, поддержание работоспособности оборудования и скважин требуются большие суммарные затраты труда, времени и материальных ресурсов. Всё это требует наличия серьёзной ремонтной службы.
Классификация и состав машин, оборудования, сооружений и инструмента для добычи нефти и газа
Оборудование, применяемое в комплексах, целесообразно квалифицировать исходя из технологического признака. Поэтому разделяют восемь главных групп, состоящих из подгрупп к которым и относятся конкретные технические средства.

I группа. Оборудование эксплуатационной скважины, обеспечивающее её нормальное функционирование.

1. 
   Обсадные трубы – ствол скважины.
   
2. 
   Колонные головки –соединение нескольких скважин, пьедестал для спущенных в скважину средств.
   
3. 
   Фильтры в скважине для пластовой жидкости и газа.
   
4. 
   Клапаны отсекатели пласта – для предупреждения открытого, т.е. аварийного фонтанирования.
   
5. 
   Пакеры – для разделения скважины на участки и их герметизации.
   
6. 
   Прискваженные сооружения представляющие собой площадку в зоне устья скважин для её обслуживания и ремонта.
   

II группа. Оборудование для эксплуатации скважин предназначенное для подъема из скважин пластовой жидкости и газа.

1. 
   Оборудование для фонтанных скважин (лифт, фонтанная арматура, манифольд).
   
2. 
   Газлифтное оборудование для эксплуатации скважины путем подачи сжатого газа к низу подъемника (компрессорные станции, холодильники, оборудование для подготовки газа, КИП, манифольды и т.д).
   
3. 
   Запорные устройства – один из наиболее часто применяемых видов оборудования, применяется во всех видах трубопроводов, манифольдов, подъемников и фонтанных арматур.
   
4. 
   Насосно-компрессорные трубы – широко применяются как для фонтанной, так и для газлифтной эксплуатации.
   
5. 
   Штанговые насосные установки с механическим приводом. Ими эксплуатируются скважин (скважинный насос, насосные штанги, поверхностный привод, энергоустановка).
   
6. 
   Насосные установки с гидроприводом отличаются использованием гидравлического преобразователя вместо механического.
   
7. 
   Бесштанговые установки центробежных скважинных насосов предназначены для эксплуатации высокодебитных скважин (погружной насос с эл.двигателем и протектором, колонна насосных труб с токонесущим кабелем и поверхностная система управления).
   
8. 
   Бесштанговые электровинтовые насосы для скважин с малыми дебитами и большой вязкостью нефти.
   
9. 
   Бесштанговые гидропоршневые скважинные насосы для эксплуатации глубоких и наклонно направленных скважин (скважинный насос, поверхностный насос с приводом, НКТ и система подготовки рабочей жидкости).
   
10. 
    Оборудование для эксплуатации одной скважиной нескольких разных по характеристикам пластов, которое размещается в одном стволе и включает комплекс разнотипного оборудования (фонтанного, насосного) пакеры, подъемники.
    

III группа. Оборудование для подземного ремонта, освоения и обработки скважин.

Предназначено для поддержания в течении периода эксплуатации скважины её работоспособного состояния и ремонта спускаемого в неё эксплуатационного оборудования (капитальный и текущий ремонт).

1. 
   Подъемники для спускоподъемных операций с внутрискважинным оборудованием (лебедка, привод, талевая система, транспортная база).
   
2. 
   Стационарные грузоподъемные сооружения (вышки, мачты, стеллажи и т.д.).
   
3. 
   Спускоподъемные агрегаты на автомобилях, тракторах.
   
4. 
   Инструменты для СИО (элеваторы, штропы, помочи, спайдеры, манипуляторы (автоматические, механические, гидравлические, электрические) с электронным приводом).
   
5. 
   Оборудование для ремонта скважин под давлением. Ремонт скважин с высоконапорными пластами связан с возможностью фонтанирования. Для его предупреждения служит специальный подъемник для задавливания спускаемых труб, штанг и для герметизации устья скважины.
   
6. 
   Оборудование для ликвидации открытых фонтанов (оборудование для ремонта скважин под давлением в сочетании со специальными манипуляторами и противопожарной дистанционноуправляемой техникой).
   
7. 
   Оборудование для промывки скважин (промывочные агрегаты).
   
8. 
   Депарафинизационное оборудование (механические способы, термические).
   
9. 
   Оборудование для капитального ремонта скважин – целые установки аналогичные буровым установкам. Они позволяют вести бурение, цементаж, исправление скважин, их освоение, имеют – вышку, привод, насос, талевую систему, транспортную базу и т.д.
   
10. 
    Инструмент для капитального ремонта скважин предназначен для ликвидации аварий внутри скважин, направления ствола и извлечения из него отдельных частей и т.д.
    
11. 
    Подгруппа оборудования для внутрискважинных работ. В процессе работ возникает необходимость замены пакеров, клапанов-отсекателей, возникает необходимость измерений температур, давлений и т.д. всё это выполняется с помощью специализированных агрегатов, приспособлений и инструмента.
    

IV группа. Оборудование и сооружения для интенсификации добычи нефти и газа и для увеличения нефтегазоотдачи пласта.

1. 
   Оборудование для подготовки воды (водозабор, система отстоя, химическая и бактериальная обработка).
   
2. 
   Оборудование насосных станций – насосы, приводы, энергетическое хозяйство.
   
3. 
   Оборудование для нагнетания газа в пласт – компрессорные станции, системы подготовки газа, энергетическое хозяйство, КИП.
   
4. 
   Оборудование и коммуникационные сооружения – сети трубопроводов, распределительных устройств, системы управления распределением воды и газа.
   
5. 
   Оборудование для гидроразрыва и кислотной обработки пласта (улучшение проницаемости). Состоит из комплекса насосных агрегатов высокого давления насосных смесительных автоцистерн и др. Оборудование кислотной обработки – комплекс систем с кислотой, насосных агрегатов и обвязки.
   
6. 
   Оборудование для термического воздействия на пласт. Применяется с целью прогрева пласта и снижения вязкости пластовой жидкости. К нему относятся – водонагреватели, парогенераторы, оборудование для подогрева зоны фильтра скважины, нагнетатели разных типов.
   

V группа. Оборудование и сооружения для сбора продукции скважин, ее разделения, измерения и первичной обработки.

1. 
   Оборудование и сооружения для разделения для жидкости на нефть, газ и воду (отстойники, сепараторы с обвязкой и средствами перекачивания и регулирования).
   
2. 
   Оборудование и сооружения для подготовки товарной нефти (обезвоживание, обессоливание, деэмульгирование). Сюда относятся аппараты, системы подогрева, обвязка, запорная арматура, электрооборудование и т.д.
   
3. 
   Перекачивающее оборудование состоит из насосных и компрессорных установок, КИП, обвязки, запорной арматуры и средств автоматизации.
   
4. 
   Оборудование для хранения нефти. Товарные - основным сооружением которых являются резервуары с замеров, перекачки и т.д.
   
5. 
   Трубопроводные коммуникации связывающие в единую систему скважины, насосные и компрессорные установки с остальным оборудованием группы.
   
6. 
   Оборудование для подготовки и первоначальной переработки газа на газоканденсатных и газовых месторождениях. Относятся различные аппараты и установки для технологических процессов в результате которых получают сухой газ и сырье для химической промышленности.
   

VI группа. Оборудование для эксплуатации морских нефтегазовых и газовых промыслов.

Отличается высокой сложностью, большой номенклатурой, уникальными размерами и высокими темпами совершенствования.

1. 
   Кустовые стационарные платформы разных типов служат для размещения комплекса технических средств, расположения устьев куста скважин.
   
2. 
   Центральные стационарные платформы для размещения комплекса оборудования, связывающего кустовые платформы в единую систему.
   
3. 
   Опоры стационарных платформ – сооружения несущие стационарную платформу.
   
4. 
   Блоки оборудования (модули) размещенного на платформах.
   
5. 
   Оборудование для эксплуатации скважин функционально аналогично обычному (фонтанные и газлифтные), устьевое – отличается.
   
6. 
   Подводное оборудование – подводное устьевое оборудование скважин, а также всё оборудование размещенное между поверхностями дна и воды.
   
7. 
   Оборудование для беспричального налива нефти.
   
8. 
   Береговые сооружения и установки. Флот спецобслуживания, водолазные комплексы - аналогичны применяемым в других отраслях. Однако отличаются исполнением, характеристиками, отражающими специфику морских промыслов и технологическими процессами в условиях морского шельфа.
   

VII группа. Оборудование ремонтно-механической службы – необходимые сооружения, станки и механизмы для обеспечения работоспособности всего комплекса промысла.

VIII группа. Оборудование службы энергетики – энергетические установки сети трубопроводов.

Из приведенного перечня систематизированных групп оборудования видно насколько велика номенклатура применяемого для добычи нефти и газа оборудования.

Лекция 2 "Оборудование для добычи НиГ"
Оборудование эксплуатационной скважины
Эксплуатационная скважина

Эксплуатационными скважинами называются скважины, с помощью которых осуществляется непосредственная добыча нефти, газа и газового конденсата.

Нагнетательными называются скважины, через которые в пласт нагнетается вода, газ, пар.

В ряде случаев скважины добывающие нефть используются как нагнетательные и наоборот. Поэтому и те и другие скважины отнесены к эксплуатационным. Эксплуатационная скважина является основным видом сооружений. Совокупность эксплуатационных скважин представляет собой эксплуатационный фонд скважин, стоимость которого составляет до 75-80% стоимости всего оснащения промысла. Долговечность скважины должна соответствовать периоду разработки продуктивного пласта 30 40 лет.

Эксплуатационные скважины сооружаются двух типов: вертикальные и наклонные. Наклонная форма вызвана необходимостью направления ствола в заданный участок пласта: такие скважины называют наклонно-направленными.

Профили этих скважин бывают разными в зависимости от требований технологии проводки скважины и способа её эксплуатации.

Схемы профилей эксплуатационных скважин:

1 - вертикальный участок; 2, 4 — горизонтальная зона; 3, 5 — вертикальный участок

1. 
   Вертикальный;
   
2. 
   Наклонный с небольшим отклонением забоя от вертикали: состоит из вертикального, переходного и наклоннопрямолинейного участков.
   
3. 
   Профиль С имеет вертикальный участок, участок набора зенитного угла, наклоннопрямоугольный участок, участок уменьшения зенитного угла;
   
4. 
   Наклоннопрямолинейный участок отсутствует.
   

Каждый из показанных профилей эксплуатационной скважины предопределяет особенности эксплуатации как её так и спущенного в неё оборудования.

Рассмотрим принципиальную схему эксплуатационной скважины и её оборудования. Скважина состоит из устьевого, стволового и фильтрового участков каждый из которых оснащен соответствующим оборудованием: колонной головкой ( 1 ), направлением (2 ), кондуктором ( 3 ), эксплуатационной колонной ( 4 ), фильтром ( 6 ), иногда скважина оснащается капером или клапаном – отсекателем пласта ( 5 ).

Ствольная часть эксплуатационной скважины образована концентричными колоннами обсадных труб зацементированных в горных пародах.

Последняя - внутренняя обсадная колонна называется эксплуатационной и служит каналом соединяющим пласт с устьем. Наружная обсадная колонна – направление спускается на глубину нескольких метров и цементируется на всю длину. Внутри направления размещается кондуктор от 200 800 м, цементируется на всю длину.

Между кондуктором и эксплуатационной колонной могут спускаться технические или промежуточные колонны. Они спускаются в зависимости от геологических пород, глубины скважины, техники и технологии её проводки.

Колонная головка монтируется на кондукторе, обвязывает в единую систему кондуктор, технические и эксплуатационные колонны скважины и служит базой для спускаемого в скважину оборудования и установки устьевого оборудования.

Фильтровая часть эксплуатационной скважины обеспечивает её связь с пластом, ствол скважины находится под постоянным давлением горных пород, а эксплуатационная колонна под давлением пластов и закачиваемых жидкостей или газа. Кроме внутреннего и наружного давлений обсадные колонны несут нагрузку от собственного веса, а кондуктор воспринимает вес или часть веса остальных колонн. Колонная головка воспринимает усилие от обсадных колонн, внутреннего давления, веса оборудования базирующегося на ней. Как внутреннее давления так и наружное в процессе эксплуатации скважины меняются (фонтанный способ, скважинный насос, станок-качалка и т.д.).

Происходит истирание эксплуатационной колонны при штанговой эксплуатации из-за наличия абразивных сред.

Одновременно происходит износ колонны из-за коррозионно-агресивных вод и наличия сероводорода Н₂S - 20 25%. Усложняются условия работы оборудования скважины за счет увеличения температуры пластовой жидкости или газа до 250⁰ С, за счет закачки в пласт под большим давлением кислоты, рабочих жидкостей, газа.

Таков комплекс факторов из которых слагаются условия работы эксплуатационной скважины. Упущение какого-либо из этих факторов приводит к серьезным осложнениям.