1.3 Технології видобування нафти Класифікація ознак, що характеризують технологї видобування нафти
Технології видобування нафти як сукупність способів і засобів піднімання її із глибини надр на земну поверхню умовно можна класифікувати за наступними ознаками, частина із яких у конкретній технології певним чином поєднується:
1) за видом гірничих споруд
– свердловини (вертикальні, похилі, горизонтальні) – свердловинне видобування нафти;
– шахти – шахтне видобування нафти (для високов’язких нафт і бітумів);
– кар’єри – кар’єрне (відкрите) видобування (для нетекучих бітумів);
2) за природою використовуваної енергії
– природна пластова енергія – фонтанне видобування;
– штучно введена у свердловину енергія – механізоване видобування;
3) за способом експлуатації свердловин
– фонтанне видобування (артезіанське і газліфтне фонтанування);
– газліфтні видобування (безкомпресорне, компресорне, внутрішньосвердловинне);
– насосні видобування (ще за типами застосовуваних насосів – штангово-насосне, електровідцентровонасосне, гідропоршненасосне, струминнонасосне і т. д.);
4) за поєднанням різних способів експлуатації свердловин
– без поєднання;
– послідовне поєднання в одній свердловині (для піднімання на різну висоту у свердловині);
– паралельне поєднання в одній свердловині (одночасно-роздільна експлуатація одним чи різними способами декількох пластів в одній свердловині);
5) за технологічними режимами експлуатації свердловин
– видобування із обмеженням дебіту (чи вибійного тиску);
– видобування із необмеженим дебітом (форсоване видобування нафти);
6) за наявністю ускладнювальних умов експлуатації свердловин
– видобування в нормальних умовах;
– видобування в ускладнених умовах (випадання і відкладання парафіну, мінеральних солей, винесення пластового піску, гідратоутворення, шкідливий вплив газу, обводнення продукції, висока в’язкість продукції, велика кривина стовбура свердловини і т. д.);
7) за тривалістю роботи свердловини
– неперервне видобування;
– періодичне видобування;
8) за географічним розміщенням гирла свердловини
– видобування на суходолі;
– морське видобування (надводне і підводне розміщення гирла свердловини);
9) за видом використовуваної енергії для видобування
– електрична енергія;
– енергія потоку рідини;
– енергія стиснутого газу;
– теплова енергія.
Баланс енергій у видобувній свердловині і класифікація видобувних свердловин за способом їх експлуатації
Залежно від способу піднімання видобутої нафти у видобувних свердловинах на поверхню розрізняють такі способи їх експлуатації: фонтанний, газліфтний і насосні.
Піднімання флюїдів у стовбурі конкретної свердловини може відбуватися або за рахунок пластової енергії (Епл), або за рахунок пластової (Епл) і штучно підведеної з поверхні у цю свердловину (Еш) енергій.
На вибій свердловини надходять із пласта флюїди, які володіють потенціальною енергією, зумовленою діянням сил гідродинамічного тиску (див. вище). У стовбурі свердловини енергія витрачається на подолання сили ваги гідродинамічного стовпа суміші (Ест), сил тертя вздовж шляху (Ет), місцевого (Ем) і інерційного (Еін) опорів, які пов’язані з рухом, а також на транспортування продукції свердовини від гирла до пункту збирання і підготовки (Етран). Звідси рівняння балансу енергій у діючій видобувній свердловині можна записати у вигляді:
. (1.17)
Аналіз результатів лабораторних і свердловинних досліджень переконує, що в загальному балансі енергія Ем на подолання місцевих опорів становить дуже малу величину, тому нею нехтують. Тоді рівняння балансу енергій буде
. (1.18)
За Ешт = 0 у свердловині рідина і газ піднімаються стовбуром від вибою на поверхню лише під діянням пластової енергії, якою володіє нафтовий поклад. Такий спосіб її експлуатації називають фонтанним, причому фонтанування свердловини можливе як за рахунок енергії рідини Ер, так і за рахунок енергії стисненого газу Ег. Тому фонтанний спосіб є найекономічнішим. Як природний спосіб, він притаманний лише щойно відкритим, енергетично ще не виснаженим родовищам. Якщо в покладі підтримується пластовий тиск нагнітанням води чи газу, то вдається значно продовжити тривалість періоду фонтанування свердловин.
За Ешт > 0 і Епл 0 спосіб експлуатації свердловини називають механізованим. Тобто, коли свердловини не можуть фонтанувати, їх переводять на механізовані способи видобування нафти: газліфтний або насосні, які характеризуються штучним введенням безпосередньо у видобувну свердловину додаткової енергії.
У разі газліфтного способу видобування нафти (чи, інакше, газліфта) у свердловину для піднімання рідини на поверхню подають стиснений газ (вуглеводневий – природний, нафтовий газ; повітря), тобто подають енергію розширення стисненого газу. Якщо стиснений газ нагнітають за допомогою компресорів, то спосіб експлуатації називають компресорним газліфтним, а в інших випадках – безкомпресорним.
У насосних свердловинах піднімання рідини на поверхню здіснюється за допомогою насосів, які опускають у свердловину – штангових свердловинних насосів (ШСН) і занурених електровідцентрових насосів (ЕВН).
На промислах випробовують чи в малій мірі застосовують також інші способи експлуатації свердловин із використанням електрогвинтових (ЕГН), гідропоршневих (ГПН), електродіафрагмових (ЕДН), струминних (СН) насосів і т. інш.
Способи експлуатації свердловин, періоди їх застосування обґрунтовуються в технологічних проектних документах на розробку родовища і реалізуються нафтогазовидобувними підприємствами згідно з планами геолого-технічних заходів і технологічним режимом.
Таким чином, видобувні свердловини на нафтових родовищах за способом їх експлуатації класифікують на свердловини:
1) фонтанні – видобувані флюїди (нафта, нафтовий газ і пластова вода) піднімаються у стовбурі свердловини із вибою на поверхню тільки за рахунок природної пластової енергії;
2) газліфтні – видобувані флюїди піднімаються на поверхню за рахунок додатково введеної безпосередньо у видобувну свердловину енергії стиснутого газу (природної пластової енергії вистачає тільки для піднімання їх на певну висоту, але меншу від глибини свердловини), а залежно від виду джерела газопостачання і природи запомповуваного газу серед них виділяють групи свердловин: а) компресорні; б) безкомпресорні; в) ерліфтні (англ. air - lift, від air – повітря і lift – піднімання);
3) насосні – видобувані флюїди піднімаються на поверхню за рахунок додатково введеної безпосередньо у видобувну свердловину потенціальної і кінетичної енергій, які створюються насосом, опущеним у свердловину під рівень рідини в ній, а залежно від типу насоса і його приводу виокремлюють серед них свердловини: а) штангово-насосні (насоси поршневого типу); б) електровідцентровонасосні; в) гідропоршненасосні; г) електрогвинтовонасосні; д) електродіафрагмовонасосні (мембраннонасосні); е) струминнонасосні і т. д.
Газліфтні і насосні свердловини ще об’єднують в одну групу механізованих свердловин, тобто із застосуванням певних механізмів для їх експлуатації, на відміну від фонтанних свердловин.
Механізована експлуатація свердловин звичайно оцінюється із пізними стадіями розробки нафтових родовищ чи видобування нафти (див. вище), які характеризуються пониженими пластовими тисками і підвищеним видобутком пластової води. Але через високу активність робіт у глибоких водах шельфів і в районах, де є потреба в будівництві складних за конструкцією свердловин, виникла необхідність у прискореному видобуванні нафти механізованими способами при низьких витратах. На шельфі і в районах із трудними умовами для діяльності нафтових підприємств (компаній) способи механізованого видобування дають змогу прискорити обіг грошових коштів, швидше отримати прибуток і допомагає підрядним видобувним підприємствам (компаніям-операторам) підвищувати доходи навіть по природно фонтануючих свердловинах.