Фонтанный способ добычи полезных ископаемых

Добыча нефти фонтанным и газлифтным способами: особенности, преимущества и недостатки

Опубликовано: 8.07.2015 Рубрика: Статьи Автор: Единый Стандарт

Добыча нефти – процесс, который начинается после того, как строительство скважины закончено, она освоена и подготовлена. Сразу следует отметить, что при добыче не все скважины предназначены для извлечения скважинного продукта на поверхность. Существуют также скважины нагнетательные, с помощью которых происходит поддержание внутрипластового давления закачкой воды.

Пожалуй, каждый видел кадры кинохроники, на которых запечатлены радостные работники нефтегазовой промышленности, бегающие вокруг фонтана из «черного золота». Сегодня вряд ли будет столько радости на лицах буровиков в случае неконтролируемого фонтанирования. Как бы то ни было, фонтан из нефти – явление, которое может встретиться на любом месторождении. Фонтанирование нефти происходит после вскрытия нефтеносного пласта за счет внутрипластовой энергии. Фонтан может существовать до тех пор, пока пластовая энергия не станет ниже забойного давления. Если предположить, что добыча на этом приостанавливалась, то количество извлекаемой нефти не достигало бы и 20 %.

В общем, фонтанный способ добычи нефти заключается в добыче углеводородов за счет внутрипластовой энергии. Для того, чтобы как такового фонтанирования не происходило, на устье скважины устанавливают фонтанную арматуру и фонтанную «елку» – череду трубопроводов и задвижек, предназначенных для регулирования темпов отбора продукта и распределения его потоков на поверхности.

Одним из способов, с помощью которого производят добычу нефти после истощения пластовой энергии, является газлифтный метод.

Газлифт – скважина со спущенными в нее насосно-компрессорными трубами (НКТ, — ред.). Давление сжатого газа заставляет пластовую жидкость по ним подниматься на поверхность. Подача газа может осуществляться, как с помощью компрессоров, так и без их помощи (за счет давления «газовой шапки»).

Принцип действия газлифтного способа основан на способности газа снижать плотность жидкости. После того, как в затрубное пространство подают газ, уровень жидкости тут снижается, а внутри НКТ возрастает. После преодоления нижней отметки НКТ, газ начинает поступать внутрь этих труб, перемешиваясь с нефтью. Подъем смеси осуществляется за счет того, что ее плотность становится значительно ниже плотности пластовой жидкости. Плотность смеси и высота подъема прямо пропорциональны количеству поступившего газа.

Производительность скважины, эксплуатируемой таким способом, зависит не только от количества газа, но и давления, под которым он подается в скважину, а также глубины скважины, диаметра и прочего.

Газлифт может обладать одним или двумя рядами насосно-компрессорных труб.

Однорядная система оборудована, соответственно, одним рядом труб. Газ под давлением поступает в пространство между обсадной колонной и НКТ, а смесь жидкости и газа устремляется на поверхность по внутреннему пространству НКТ. Другой вариант предусматривает нагнетание газа по НКТ, а подъем смеси по затрубному пространству. В первом случае имеет место быть кольцевая система, а во втором – центральная система.

Двухрядный подъемник оборудован двумя рядами НКТ, по пространству между которыми подается газ, а по внутренней колонне труб поднимается смесь. То есть обсадная колонна здесь не задействована совсем. Такой газлифт именуют двухрядным с кольцевой системой.

Иногда в двухрядных подъемниках применяют наружную ступенчатую систему. Диаметр труб такого газлифта в верхней части больше, чем в нижней. Нагнетание газа происходит по пространству между двух рядов НКТ, а подъем смеси – по внутренней колонне.

В то случае, когда нагнетание газа происходит по внутренней колонне, а подъем по пространству между НКТ, говорят, что применяют центральную систему.

Основным отрицательным моментом применения кольцевой системы является преждевременный износ колонн, когда добываемая продукция содержит значительные включения механического характера. А в затрубном пространстве вероятны скопления смоло-парафинистых отложений, бороться с которыми в этом месте довольно сложно.

Если сравнивать двухрядную и однорядную системы газлифта, то при первой добыча идет более равномерно с довольно большим вымыванием песка. Но затраты на ее сооружение значительно выше, чем у однорядной. По этой причине предприятия нефтедобычи склонны к использованию гибридной полуторорядной системы.

В общем виде преимущества газлифтного способа добычи нефти выглядят следующим образом:

1. Отсутствие зависимости добычи жидкости от диаметра эксплуатационной колонны, а также ускоренный отбор из скважин, обладающих повышенной содержанием воды.
2. Возможность эксплуатации скважин с большим процентом присутствия газа в пластовой жидкости.
3. Отсутствие зависимости показателей добычи от положения скважины в пространстве.
4. Независимость добычи от содержания механических примесей, а также значений температуры и давления в скважине.
5. Простота контроля производительности скважины.
6. Износостойкость конструкций и легкость ремонтных операций.
7. Возможность эксплуатации скважины по раздельно-одновременному способу, эффективность осуществления антикоррозионных мероприятий, борьбы со смоло-парафинистыми отложениями, а также доступность скважины для осуществления исследований.

К недостаткам газлифтного способа относятся:

1. Значительная стоимость оборудования.
2. Незначительный КПД.
3. Вероятность появления стойких эмульсий при подъеме смеси на поверхность.

Если обобщить вышесказанное, то основное место применения газлифтного способа добычи – крупные месторождения с высокодебитовыми скважинами и значительным пластовым давлением.

При наличии определенных условий, нередко применяют безкомпрессорный газлифтный способ. В качестве рабочего элемента используется природный газ, находящийся в земных недрах под давлением. Такой вариант добычи вполне обоснован до момента сдачи в эксплуатацию компрессоров.

Опыт эксплуатации и расчетные данные подтверждают экономический эффект после внедрения газлифтного способа в различных нефтеносных провинциях. Будущее снижение трудозатрат позволяет осуществить комплекс мероприятий по обустройству жилой зоны и инфраструктуры.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Способы добычи нефти

Нефтью называется природный ресурс, который имеет вид маслянистого состава с наличием углеводородных элементов. Как правило, у нее желтый либо зеленый, а также вишневый или же коричневый, иногда черный окрас.

Что такое нефть

В некоторых местах зарождения добывали даже прозрачную нефть. Этот природный ресурс людьми начал применяться с давних времен. В составе нефти присутствует больше тысячи разнообразных элементов. Из них 90 % приходится на углеводороды. Именно по этой причине до сих пор нет единой формулы нефти. 10 % приходится на кислород и азот, а также серу и иные химические элементы (медь и алюминий, железо и магний). В углеродистой составляющей примерно 11–14 % приходится на водород, а остальное количество — на углерод.

При рассмотрении нефти чаще всего выделяют такие углеродистые связи:

• ароматические;
• нафтеновые;
• парафиновые, занимающие примерно половину от всего количества.

Стоит помнить о том, что нефть является быстро воспламеняющимся составом. В воде она абсолютно не растворима. Температурный режим может колебаться в пределах от –35 до +121 градуса, в зависимости от содержания газов в веществе. Нефть обладает такими физическими свойствами, как оптические, электрические и тепловые.

В каком году была добыта первая нефть?

Нередко люди задаются вопросом: в каком году была добыта первая нефть? Точной даты первой добычи нет, ведь еще за 4000 лет в древнем Вавилоне люди использовали нефть, чтобы изготавливать асфальт. Затем в древнем Египте нефть использовалась как один из компонентов бальзама для погребения правителей. Греки использовали черную жидкость как зажигательную смесь, которая помогла им в войне с персидским царем. Дальше история нефти продолжает свой путь по таким местам, как Персия, Азербайджан и др.

После того как человечество научилось дистилляции нефти, то незамедлительно появился один из самых важных горючих жидкостей XIX века — керосин. Керосин использовали везде, дороги города были освещены с помощью ламп с керосином.

В XIX и XX веке добыча нефти происходила только открытым способом, добывалась из небольших скважин или колодцев. Первое бурение скважины произошло в 1848 году в Баку. Именно с этой даты начинается история всемирной погони за добычей нефти.

Россия начинает свою историю добывания нефти в 1857 году, тогда были пробурены самые первые скважины, однако первые сведения о добыче ресурса появились у нас в стране в 1823 году.

Устройство скважин для добычи нефти

Нефтяной ресурс добывают через специально пробуренную скважину на поверхности земли. Скважину бурят при помощи специального оборудования — нефтяных вышек. Но стоит отметить, что с нефтедобывающим процессом они практически не связаны.

После завершения процесса в одном месте вышка для бурения скважины переезжает на другое и вновь начинает проделывать дырки в земле. Эта процедура довольно длительная. Иногда она может занимать до 3 месяцев. Чтобы порода в готовой скважине не сыпалась вниз, ее обустраивают изнутри стальными трубами.

Типовой диаметр одной скважины составляет 14,6 сантиметра. А вот по длине она может быть различной. Самые высокие составляют 3 метра. Днище ее называются забоем. В том случае, когда туда попадает какой-либо предмет, скважина становится непригодной для добычи, так как убрать преграду практически невозможно.

Чтобы между пластами не происходила циркуляция воды, и они между собой не сообщались, пространство между ними заливается цементным раствором. Чтобы на днище забоя поступала нефть, следует проводить ее перфорацию. Для этого проделываются небольшие отверстия в кольце и в обсадной колонне.

Как добывают нефть

Методы добычи нефти различаются в зависимости от исходного давления в пласте и способов, применяемых для его поддержания. Основные — метод механической добычи и фонтанный. Второй включает в себя три последовательных процесса: первичный, вторичный и третичный. При выборе любого способа учитывают его рентабельность.

Метод механической добычи

Этот способ нефтедобычи заключается в том, что в местах залегания полезного ископаемого бурят скважины. Нефть находится под землей под высоким давлением, за счет которого выходит на поверхность. Ее собирают в резервуары и отправляют на хранение.

Изначально давление в скважине превышает 200 атмосфер. По мере того, как понижается мощность месторождения, оно падает. Когда ископаемое перестает выходить на поверхность, подключают погружные электроцентробежные или штанговые насосы. Первые работают на глубине до 1700 м, вторые — до 2500 м.

Если расстояние от нефтеносного пласта до поверхности земли не превышает нескольких десятков метров, можно обойтись без бурения глубокой скважины. Применение механизированного метода позволяет удешевить нефтедобычу на континентах. Этим способом добывают до 85 % от общего объема нефти, выкачиваемой в мире. В странах, где пласты залегают близко к поверхности земли, себестоимость нефтедобычи составляет до 2 долларов за 1 баррель.

Фонтанный метод

Извлечение черного золота с применением этого способа предполагает бурение скважин. Оно также основано на том, что ископаемое залегает под высоким давлением и выходит самотеком. Добыча фонтанным методом ведется на морских шельфах и континентах. Процессы выработки скважины:

1. Первичный. Нефтеносный пласт вскрывают, и сразу после этого ископаемое с огромной скоростью поднимается по трубе. Эффективность добычи показывает КИН — коэффициент извлечения нефти, достигающий 3–4 %. Кроме основного ископаемого, из пласта поднимается газ. Раньше его сжигали, теперь используют.
2. Вторичный. Газлифт — искусственное нагнетание давления. Метод применяют, когда ископаемое перестает подниматься. В скважину закачивают газ или пресную воду. КИН в этом случае повышается до 35–40 %, в зависимости от характеристик породы. Увеличивается и обводненность нефти, что приводит к росту затрат на отделение ее от воды.
3. Третичный. После извлечения большей части нефти в пласт под высоким давлением подают горячий пар под давлением. Метод применяется не всегда, а только когда это экономически оправданно, так как подача пара в скважину обходится дорого. Эффективность основана на том, что при высокой температуре нефть размягчается, и ее проще извлечь. Третичный способ используется для выработки старых скважин, где черное золото периодически скапливается в таком количестве, что есть смысл организовать его извлечение.

По отдельности методы используются редко. На крупных месторождениях применяют подход, основанный на цикличности: сначала используют один способ, затем второй, и так далее. Это позволяет повысить КИН скважины до 80 %.

Способы добычи нефти в России

Способы бывают разными, выбираются в зависимости от давления в продуктивном пласте. Нефть может сама подниматься по коллектору и фонтанировать, а может залегать в глубоких пластах. От этого зависит выбор техники добычи в конкретном случае.

Способы добычи нефти в России разделяются на 2 вида: фонтанный и насосный. Первый метод включает в себя использование сильного давления в скважине, используется не только в добыче на суше, но и на водных территориях.

Если добыча происходит на поверхности, порода поднимается наверх, обрабатывается и делится на фракции.

Если добыча происходит под землей на большой глубине — бурят горизонтальные скважины, и в них подают под давлением воду. Гидроудар разрывает пласты, и из них выделяется нефть. Так как плотность нефти меньше, чем воды, возникает депрессия, и нефть поднимается на поверхность. Также, вследствие такого метода добычи, нефть может наполняться газами, которые образуются из углеродных соединений под воздействием резкого падения давления.

При использовании метода гидроудара существует высокая вероятность проседания грунта, возможны сейсмические колебания подземных плит и попадание отходов производства в подземные воды.

Насосная добыча. Как только месторождение черного ресурса найдено, то оператор бригады дает команду бурить скважину, через которую она начинает бить мощной струей, в это время ее собирают и транспортируют. Со временем высокое давление падает, и тогда на место скважины ставят насосы-качалки, способные выкачивать оставшиеся ресурсы в земле.

Как добывают нефть

Современная нефтедобыча практикует многочисленные технологии, основанные на методике артезианских скважин. Для поиска нефтесодержащих пластов используют специальные геофизические методы.

Первичная георазведка проводится по сочетанию определенных признаков:

• маслянистых пятен на глади водоемов;
• степени загрязнения следами нефтепродуктов грунтовых вод;
• выбросов газа

Также к геофизическим методам относят:

• зондирование искусственными взрывами;
• акустическое сканирование;
• ультразвуковое сканирование.

Все исследования выполняются при помощи сложной и дорогостоящей геофизической аппаратуры.

Добыча сланцевой нефти

Добыча сланцевой нефти несколько усложняется тем, что она смешана с известняком и песчаными грунтами. Ее добыча началась с 2010 года, когда в США появилась технология, позволяющая отделять нефть от примесей. Она заключается в том, что нефтяной пласт подвергается сильному давлению (гидроразрыв). Это позволяет «выжать» сланцевую нефть из губки песчаника и собирать ее в концентрированном виде через скважины. На сегодняшний день эта технология достаточно дорогостоящая, стоимость барреля такой нефти составляет около 30–40 долларов.

Несмотря на себестоимость, добыча сланцевой нефти становится традиционной и лидирующей в мировых сводках.

Нефть на морском шельфе

В середине прошлого века на морском шельфе Карибского бассейна и Аляски начали использовать технологию добычи нефти. Добыча нефти в море имеет свои особенности. Морское дно расположено ниже уровня суши, что способствует большей концентрации нефти на дне моря. Нефть можно назвать «легкой», но, с другой стороны ее добыча затратна с финансовой стороны.

Больше всего средств уходит на монтаж и обслуживание морской буровой нефтяной платформы. Ежегодно на нее уходит примерно $30 млн, а на установку нужно $2–3млн. И это все, не учитывая таких расходов:

• закладка трубопроводов;
• снабжение рабочих;
• обеспечение безопасности;
• танкеры;
• оборудование берегового терминала.

Но, невзирая на сложности, бурение морских шельфов во всем мире проводится более чем интенсивно. В основном районы бурения расположены в Мексиканском заливе, шельфе Северного моря, Индонезии, Вьетнаме и в зоне Арктического шельфа и Сахалина.

Инновационные способы нефтедобычи

Добыча нефти в современном мире очень востребована. И технологии не стоят на месте. Есть множество инновационных методов по добыче нефти, благодаря которым процесс стал экологичнее и безопаснее.

Сейсмическая разведка является одним из самых востребованных методов на сегодняшний день. С ее помощью можно анализировать полученные данные о плотности ресурса.

Но наиболее динамичным считается колтюбинг. При бурении используются безмуфтовые трубы. Металлические производства делают гибкие трубы из металла. Также проектируется наземные и внутрискважинные устройства. А для анализа и обработки информации разрабатывается специальное программное обеспечение.

С помощью систем телеметрики можно следить за происходящим бурением. Благодаря таким системам исключаются аварийные ситуации и возможные ошибки в процессе.

Глубоководное бурение применяется для добычи нефтяного ресурса на водах с большой глубиной. Месторождения нефти можно обнаружить даже на глубине в 3 километра. Технология довольно безопасная. Она позволяет спроектировать сложные навигационные процессы, разработать динамическое позиционирование и устройства для него, а также способствует улучшению буровых морских установок.

Источник