13 Методы регулирования работы фонтанных скважин
Исследованиями установлено, что в целях наиболее полного использования энергии, заключенной в том или ином нефтяном пласте, отбор жидкости из скважин должен быть ограничен соответствующими пределами.
Чтобы выдержать определенный дебит скважины, необходимо уметь регулировать степень использования пластовой энергии, поступающей на забой. Такое регулирование в фонтанном подъемнике может быть достигнуто двумя путями:
-или путем создания на устье скважины противодавления;
-или созданием у башмака фонтанных труб некоторого перепада давления.
Как противодавление на устье, так и перепад давления у башмака могут быть созданы путем установки диафрагмы с отверстием. Последняя получила название штуцера. Меняя проходное сечение штуцера, можно изменить в условиях данной скважины и отбор жидкости и газа из пласта. Противодавление на устье также можно создать, если направить фонтанную струю в особую емкость — газосепаратор, в котором газ отделяется от нефти и в котором может поддерживаться некоторое повышенное давление. При установке забойного штуцера давление на устье скважины значительно ниже, чем при поверхностном штуцере, следовательно, можно ставить фонтанную арматуру на меньшее давление. При поверхностном штуцере при высоком давлении и высоком газовом факторе в результате прохождения газонефтяной смеси через узкое отверстие может быть настолько снижена температура, что произойдет замерзание задвижек и других деталей фонтанной, арматуры. При установке забойных штуцеров такое прохождение через узкое отверстие происходит на глубине, где температура всегда довольно высокая и постоянная, благодаря чему замерзания не наблюдается.
где dуcт — диаметр штуцера в мм. ф — коэффициент, зависящий от величины газового фактора, колеблется от 1,0 до 1,1; при чистом газе равен 1,0; Wr— дебит газа в м3 /сутки, т. е. равен дебиту нефти, умноженному на газовый фактор; Уг — удельный вес газа в кг/м3; Ру — давление перед штуцером.
Этой формулой лучше всего пользоваться для первого приближения при определении диаметра штуцера. Обычно на практике диаметр штуцера подбирается опытным путем.
14 Оборудования фонтанных скважин
В скважину, из которой ожидается фонтан, спускают перед ее освоением фонтанные трубы. Их подвешивают и укрепляют на устье скважины таким образом, чтобы струя жидкости поднималась по фонтанным трубам. Для этого необходимо закрыть межтрубное пространство между фонтанными трубами и эксплуатационной колонной.
Фонтанные арматуры изготавливают по восьми схемам для различных условий эксплуатации. Их квалифицируют по конструктивным и прочностным признакам:
1 Рабочему давлению ( 7,14.21,35,70 и 105 МПа)
2 Схеме исполнения (восемь схем) (слайд № )
3 Конструкции запорных устройств
4 Размерам проходного сечения по стволу (50-150 мм) и боковым отводам (50-100мм).
5 Числу спускаемых в скважину труб ( один и два концентричных ряда труб). Условия, при которых приходится работать фонтанной арматуре во время фонтанирования скважины, определяются:
1) давлением, которое оказывают на арматуру сжатый газ и газонефтяная смесь;
2) количеством песка и скоростью его движения в арматуре;
3) характером фонтанирования.
Основным фактором, влияющим на тип применяемой арматуры для того или иного нефтяного пласта, является давление газа и газонефтяной среды.
Для удовлетворения различных условий фонтанирования изготовляется фонтанная арматура нескольких типов, рассчитанная на различное давление.
В настоящее время приняты как стандарт следующие фонтанные арматуры:
1) на 75 am пробного — 40 am рабочего давления (тип АФ-75);
2) на 150 am пробного — 75 am рабочего давления (тип АФ-150);
3) на 250 am пробного — 125 am рабочего давления (тип АФ-250).
Кроме того, по специальному заказу изготовляются арматуры:
а) на 400 am пробного — 200 am рабочего давления;
б) на 600 am пробного — 300 am рабочего давления.
Оборудование устья фонтанной скважины состоит из трех основных частей: а) колонной головки,
б) трубной головки,
в) фонтанной елки.
Колонной головкой называется нижняя часть фонтанной арматуры. Назначение ее заключается в обвязке всех обсадных колонн между собой и герметизации всех межтрубных пространств.
Трубной головкой называется средняя часть фонтанной арматуры. Она служит для подвески фонтанных труб и для подачи через ее боковое отверстие в кольцевое пространство между трубами воздуха или газа в случае возбуждения фонтана при помощи компрессора.
Фонтанной елкой называется верхняя часть фонтанной арматуры. Устанавливается она на трубную головку. Елка служит для контроля и регулирования фонтанных скважин, для направления струи по тому пли иному выкиду в газосепаратор, а в случае необходимости и для закрытия фонтана.
Колонные головки поставляются заводами нефтяного машиностроения или изготовляются в промысловых мастерских отдельными сборками, а трубные головки и фонтанные елки заводы поставляют вместе в собранном виде. Обычно их называют сборкой фонтанной арматуры.
Колонные г о л о в к и изготовляют литой или сварной конструкции на пробное давление 75, 150 и 250 am. Они однотипны и отличаются в основном размерами присоединительного фланца.
Колонная головка № 1 (фиг. 81) применяется для обвязки устья скважин одноколонной конструкции, на которой в период бурения устанавливалось противовыбросовое оборудование. Колонная головка состоит из фланца кондуктора 6, выводного патрубка 5 с двумя навернутыми фланцами 4 и пьедестала 1, обвязывающего эксплуатационную колонну с кондуктором.
Пьедестал имеет 1 отвод 3 с вентилем 2. Выводной патрубок 5 делают такой длины, чтобы верхний фланец пьедестала был на 200 мм ниже пола буровой вышки, что облегчает установку фонтанной арматуры без переводников.
Для обвязки устья скважин, в которых при фонтанировании могут возникнуть осложнения в виде выбросов, применяется специальные колонные головки на 600 am пробного давления
Фонтанная арматура (трубная головка в сборе с фонтанной елкой)
Фонтанные арматуры делятся на две основные группы: резьбовые и фланцевые.
Фланцевая фонтанная арматура на 250 кг/см2 пробного давления (125 кг/см2 рабочего давления) тройникового типа для двухрядного подъемника (сборка по схеме № 4) приведена на фиг. 88. Состоит она из фонтанной елки с диаметром проходного сечения всех деталей 21/2" и трубной головки, предусматривающей подвеску двух рядов подъемных труб 4" и 21/2".
Фиг. 88. Фланцевая фонтанная арматура на 250 кг/см2 пробного давления тройникового типа для двухрядного подъемника (сборка по схеме № 4).
1 — фланец эксплуатационной колонны; 2 — крестовик; 3 — тройник трубной головки; 4 — катушка; 5 — вентиль с манометром;
6— резьбовая втулка; 7 — задвижки;
8 — тройники; 9 — буфер.
Трубная головка состоит из крестовика 2, тройника 3 и катушки 4. Крестовик имеет два отвода, к которым присоединяются 21/2" задвижки. Левый боковой отвод служит для замера давления в затрубном (между первым рядом труб и эксплуатационной колонной) пространстве. Для этого на трубу буферного патрубка навинчивается вентиль с манометром 5. Другой боковой отвод крестовика служит для подачи жидкости в затрубное пространство при пуске скважины, подкачках и прокачках. На тройнике 3 при помощи резьбовой втулки 6 подвешиваются трубы первого ряда. Через боковой отвод тройника вводится газ или воздух при возбуждении скважины или для поддержания фонтанирования при перебоях в ее нормальной работе.
На нижней части катушки 4 внутри нарезана резьба, в которую ввертывается резьбовая втулка труб второго ряда.
Фонтанная елка состоит из двух тройников, шести задвижек и буфера. Елка имеет два выкида. Рабочим всегда является верхний, а нижний запасной, по нему пускают фонтанную струю при смене штуцеров или при ремонте вышележащих деталей елки. Иногда при пуске скважины в эксплуатацию, когда она в первый момент дает много грязи и песка, одновременно работают оба выкида. Затем при нормальной эксплуатации нижний выкид перекрывается задвижкой и фонтанная струя поступает по верхнему выкиду.
ШТУЦЕРЫ
Режим фонтанных скважин регулируют штуцерами. По месту установки различают штуцеры забойные, т. е. такие, которые спускаются на забой скважины на нижнем конце фонтанной трубы, и поверхностные, устанавливаемые на поверхности у устья скважин.
Щтуцеры устанавливаются на выкидных линиях сейчас же после задвижек. Когда желают использовать давление фонтанирующей скважины, штуцеры устанавливаются на выкиде из сепаратора высокого давления, например, при бескомпрессорном подъеме жидкости из скважины, при транспорте газа на большие расстояния.
Поверхностный штуцер
Забойные штуцеры
На фиг. 104 представлена самая простая конструкция забойного штуцера. Изготовляется он из стальной болванки и имеет внутри отверстие, а снаружи буртик. Последний при помощи муфты зажимается между двумя трубами в нижней части колонны фонтанных труб. Для большей износоустойчивости штуцера его делают из твердых сплавов — из победита или доломита. Для смены штуцера необходимо поднять все трубы на поверхность. Подъем же труб во время фонтанирования очень сложен. Обычно забойными штуцерами не регулируют работу скважины, а устанавливают их на весь период фонтанирования для некоторого смягчения пульсации и в отдельных случаях для уменьшения пробкообразования.
ГАЗОВЫЕ СЕПАРАТОРЫ (ТРАПЫ)
Продукция фонтанной скважины по выкидной линии всегда направляется в емкость, где происходит отделение газа от нефти. Такие емкости называются газовыми сепараторами или трапами.
Все газосепараторы построены по принципу пропуска продукции скважины через резервуар соответствующей величины, где скорость потока значительно уменьшается и газ, как более легкий продукт, поднимается в верхнюю часть, а нефть спускается в нижнюю; таким образом происходит отделение газа от нефти.
Во всех газосепараторах на газоотводящей линии имеется или регулятор давления, или задвижка, или штуцер, при помощи которых можно поддерживать необходимое давление. Очевидно, это же давление будет и на буфере фонтанной елки. Следовательно, изменяя давление в газосепараторе, мы будем изменять давление на буфере. Таким образом можно регулировать степень использования пластовой энергии в фонтанном подъемнике, а избыток этой энергии в виде сжатого газа улавливать в газосепараторе.