Как добывают нефть фонтанным способом

Фонтанный способ добычи нефти: особенности процесса

Россия богата нефтяными месторождениями. Страна обладает почти 13 % процентами месторождений, известных на данный момент, — это главный источник наполнения бюджета.

Один из способов добычи — фонтанный. Подразумевается использование скважин, подъем нефти происходит с помощью пластовой энергии. Пластовое давление достигается двумя путями:

1. Естественное давление. Производится природной энергией пласта.
2. Искусственное давление. В пласт помещаются жидкие и газообразные агенты, при которых и поддерживается напор.

При добыче материала таким способом скважина оснащается лифтовой колонной и фонтанной арматурой. В определенных ситуациях отверстие оборудуется пакерами и автоматическими/механическими клапанами.

Основные преимущества метода

Фонтанный метод добычи применяется при обнаружении новых точек по добыче черного золота. Одно из оснований для этого — доступность и эффективность данного способа. Он не подразумевает использование дополнительных средств, энергоресурсов, определенного оборудования. Ведь материал достигает поверхности из-за чрезмерного напора сырья в залежи.

1. Доступное оборудование.
2. Минимальные траты электроэнергии.
3. Возможность регулировать процесс добычи и возможность полностью остановить его.
4. Управление процессом добычи можно осуществлять удаленно.
5. Длительный межтехнологический промежуток функционирования оборудования.

Чтобы производить добычу сырья, необходимо полностью контролировать скважину запорной арматурой, которую необходимо установить. Это позволяет контролировать график работы, осуществлять герметизацию, при необходимости — консервацию.

Структура нефтяных скважин

Схема нефтескважины включает множество составляющих:

1. Пакет.
2. Фонтанная арматура.
3. Трубопровод для откачки сырья.
4. Кондуктор.
5. Цемент.
6. Промежуточная обсадная колонна.
7. Обсадная колонна.
8. Насосно-компрессорная колонна.

Для добычи материала осуществляют бурение на необходимую глубину. Часто поперечник скважины достигает 40 см.

Обсадные трубы применяются для предотвращения обваливания. Промежуток между обсадной колонной и стеной заливают цементным раствором. За счет этого разделяются залегающие пласты. Изделия не поддаются влиянию пластовых вод.

Колонна подъемных труб

По подготовленному оборудованию сырье поступает на поверхность земли. Колонны иначе называют насосно-компрессорными.

Специалисты определяют диаметр труб, опираясь на определенные данные:

1. Давление нефти.
2. Ожидаемый дебит сырья (дебит — количество добытого материала в сутки, в метрах кубических. Чем выше ожидаемый дебит, тем больше диаметр)
3. Глубина залегания материала.

Обычно диаметр равен 40,3–00,3 мм.

Фонтанная арматура с выкидными линиями

Фонтанная арматура представляет собой ряд механизмов, устанавливаемых на скважине. В состав входит трубная головка и фонтанная елка.
ФА включает запорные механизмы:

• прямоточные задвижки;
• пробковые краны.

Сооружение необходимо для нескольких целей:

1. Поддержание колонны НКТ в подвешенном состоянии.
2. Запайка затрубных отверстий и их изоляция.
3. Регулировка обозначенного графика работы.

К установке есть ряд требований, регламентированных ГОСТ (13846-89). Их нарушение недопустимо.

Отсекатель скважины

Чтобы предотвратить открытый фонтан в случае разрушения устьевого оборудования, необходимо осуществить установку клапана-отсекателя. Он монтируется в нижней части установки. Также это необходимо производить при ремонтных работах.

Отсекатель разделяет верхнюю фильтровую часть и нижнюю часть.

Технические манометры

Работу трубных головок необходимо контролировать на предмет давления. Чтобы это сделать, нужно установить 2 манометра на фонтанной елке.

Одно устройство нужно установить сверху, чтобы следить за давлением в устье. Второй прибор устанавливается на боковом отводе. Он измеряет показатели в межтрубном промежутке.

Камера запуска шаров

Добыча ценного сырья сопряжена с различными сложностями. Одна из них — выпадение парафина в выкидных линиях. Помимо этого имеют место механические загрязнения, образования песчаных пробок.

Избавляться от парафина можно различными путями. Один из них — применение резиновых шаров, обосновавшихся в камере запуска, монтированной на струне фонтанной арматуры.

При определенной степени запарафинивания выносных линий открывается шибер, из камеры выступает шар диаметром больше выкидной линии.

Шар чистит линии, двигаясь в приемную камеру при помощи потока получаемого сырья.

Перфорация

Завершающий шаг подготовки нефтескважины — перфорация. В месте нахождения пласта делается отверстие, в результате чего создается канал. Через него сырье выходит из пласта по стволу. В итоге оно попадает на поверхность.

Иные способы добычи материала

Существует несколько других способов добывания сырья:

Каждый из них имеет определенные плюсы и минусы.

Газлифтный метод

Этот способ добычи относится к механизированному. Он актуален тогда, когда энергии пласта остается мало, чтобы вытолкнуть на поверхность нефть. Тогда подъем производится за счет подкачки в пласт сжатого газа. Подкачивать можно воздух или фоновый газ из близлежащего месторождения.

Чтобы произвести сжатие, необходимо применить компрессор высокого давления. Тогда способ будет именоваться компрессорным.

Если подавать в пласт газ под давлением, то газлифтный метод будет называться бескомпрессорным. Вещество будет поступать из близлежащего месторождения.

При данном методе не нужно действовать с нуля, чтобы вести работу на месторождении. Нужно дополнить оборудование от фонтанной установки. Потребуются определенные клапаны подвода сжатого газа. Они монтируются на разной глубине.

Главные плюсы газлифта по сравнению с другими механизированными способами добычи:

1. Возможно получить большое количество материала с различных глубин на разных этапах разработки скважины с адекватной себестоимостью.
2. Реально продолжать работу при значительных искривлениях отверстия.
3. Работа ведется с загазованными и перегретыми пластами.
4. Полный контроль работы.
5. Оборудование эффективное и надежное.
6. Можно использовать несколько пластов одновременно.
7. Техническое обслуживание и ремонт не вызывают затруднений.

При большом количестве плюсов есть и недостатки — дороговизна металлоемких устройств.

В связи с этим газлифт используется для подъема легкой нефти с большим показателем газовой составляющей.

Механизированная технология: насосная

Насосное оборудование позволяет осуществлять подъем вещества по отверстию. Насосы делятся на штанговые и бесштанговые. Вторые — погружного типа, электроцентробежные.

Чаще всего прибегают к применению штанговых глубинных насосов. Это проверенный, надежный и доступный метод. При этом удастся работать в углублениях до 2500 м. Один насос производит до 500 метров кубических в сутки.

Конструкция включает в себя насосные трубы. В них подвешены на жестких штанговых толкателях плунжеры. Станок-качалка производит возвратно-поступательные движения плунжеров. Станок имеет крутящий момент от двигателя за счет системы многоступенчатых редукторов.

Из-за низкой степени крепости и работоспособности штанговых плунжерных насосов на данный момент предпочтение отдается насосным моделям погружного вида — электроцентробежным насосам (ЭЦН).

• простое ТО;
• высокая работоспособность (1500 метров кубических в сутки);
• доступно обрабатывать наклонные скважины;
• длительные интервалы между ТО.

В случае подъема тяжелой нефти стоит применять насос винтового типа. Они надежны и высокопроизводительны. Недостаток заключается в низком уровне защиты в химической среде, что приводит к коррозии.

Каждая технология используется, так как в каждой есть свои плюсы и минусы. Выбор стоит делать, исходя из множества параметров, описывающих определенное месторождение. Только тщательный анализ позволит сделать правильный выбор.

Источник

Как добывают нефть

Недавно прочитал сообщение, что мэр Москвы Сергей Собянин открыл Музей нефти на Сретенском бульваре. «В Москве нет нефтяных вышек, нефтяных месторождений, но у нас есть огромные отряды людей, которые двигают академическую науку, прикладную, образование, которое работает в значительной части на нефтяную отрасль страны, делая ее передовой», — подчеркнул на открытии мэр Москвы Сергей Собянин.

Молодец, Сергей Семёнович. И дело хорошее сделал – музей открыл, и слова хорошие сказал, вот только несмотря на то, что долгое время проработал на руководящих должностях в нефтедобывающих регионах, немного ошибся с терминологией. «Нефтяных вышек» нет не только в Москве, их нет нигде в мире. Есть буровые вышки (см. фото вверху), являющиеся частью буровых установок, а нефтяных нет. А что же тогда есть?

А вот о том, какими способами и с помощью какого оборудования добывают нефть в России и мире я и постараюсь максимально доступным языком рассказать и наглядно показать в своей статье. (На фотографии вверху — буровая площадка в окрестностях Нарьян-Мара. Снимок не очень качественный, поскольку сделан автором через иллюминатор вертолёта).

Начну с того, что нефть добывают из скважин. Скважина – это цилиндрическая горная выработка (отверстие в земле), незначительного диаметра и большой глубины, предназначенная для подъёма жидкости (вода, нефть) или газа на поверхность.

Диаметр нефтяных скважин, как правило, ступенчато уменьшается от устья (выход скважины на поверхность) до забоя (дно скважины). Диаметр скважин начинается от 40 мм и редко бывает больше 900 мм. Средняя глубина нефтедобывающих скважин в России 2500 м. В скважины спускают специальные трубы, называемые обсадными, чтобы предохранить стенки скважин от обрушения.

В зависимости от геологических условий нефтяного месторождения бурят различные типы скважин:

Длиной скважины называется расстояние между устьем и забоем, измеряемое по оси ствола. Глубиной является проекция длины скважины на её вертикальную ось. Для вертикальных скважин эти значения одинаковы, а вот для наклонно-направленных и горизонтальных – различаются.

Нефтяные скважины бурят как на суше, так и на море, но сегодня мы бурения касаться не будем, а перейдём сразу к способам добычи нефти или, как выражаются нефтедобытчики, к способам эксплуатации скважин.

В настоящее время применяются только два основных способа эксплуатации скважин:

• фонтанный (когда нефть извлекается из скважины самоизливом) и
• механизированный (который, в свою очередь, подразделяется на газлифтный и насосный).

Выбор способа эксплуатации нефтяных скважин, в первую очередь, зависит от величины пластового давления и глубины залегания продуктивного (т.е. нефтеносного) пласта. Кроме того, на выбор способа эксплуатации может влиять состав нефти, степень её обводненности (т.е. % содержания воды), напор жидкости в стволе скважины и ряд других факторов.

Фонтанный способ добычи нефти

Данный способ применяется при высоком пластовом давлении. В этом случае нефть фонтанирует, поднимаясь на поверхность по насосно-компрессорным трубам (НКТ) за счет энергии пласта. Фонтанирование может происходить за счёт гидростатического напора (очень редко) или за счет энергии расширяющегося газа (в большинстве случаев, поскольку находящийся вместе с нефтью в пласте газ играет главную роль в фонтанировании скважины).

К преимуществам такого способа относится его высокая экономичность, поскольку подъем происходит естественным путем, что не требует применения дорогостоящего нефтедобывающего оборудования, позволяя тем самым сэкономить как на его стоимости, так и на техническом обслуживании.

Оборудование любой скважины, включая фонтанную, должно обеспечивать добычу продукции в заданном режиме и безопасное проведение всех необходимых технологических операций. Оно подразделяется на скважинное (подземное) и устьевое (наземное).
Для фонтанного способа добычи нефти требуется технологически простое наземное и подземное оборудование.

Из подземного оборудования в скважину спускают НКТ с воронкой на конце для удобства спуска-подъёма исследовательских приборов. Колонна НКТ состоит из стальных бесшовных труб длиной 5 – 10 м, соединённых между собой резьбовыми муфтами. Диаметр НКТ варьируется от 27 мм до 114 мм, толщина стенки от 3 мм до 7 мм. НКТ – основной рабочий инструмент при эксплуатации скважин. Эксплуатационная обсадная колонна, как правило, спускается в скважину, цементируется от забоя до устья, и больше не поднимается на поверхность, поэтому все подземные операции выполняются с помощью НКТ: подъём скважинной жидкости на поверхность, ремонтные и промывочные работы и т.д.

В качестве наземного оборудования на устье скважины устанавливается фонтанная арматура (ФА). ФА предназначена для подвески колонны НКТ, герметизации межтрубного (затрубного) пространства, для эксплуатации, регулирования режима работы и ремонта скважины, а также для направления продукции скважины в выкидную линию (т.е. трубу по которой нефть поступает из скважины к замерной установке).

Обслуживают скважины операторы добычи нефти и газа

Фонтанный способ эксплуатации нефтяных скважин применяется на начальном этапе разработки месторождений. По завершению процесса фонтанирования, на скважине начинают применять механизированные методы добычи.

Газлифтный способ добычи нефти

Газлифт является одним из механизированных способов добычи нефти и логическим продолжением фонтанного способа и, в принципе, мало чем от него отличается. При его использовании нефть поднимается из забоя за счет энергии газа, нагнетаемого с устья. На этот способ переходят тогда, когда энергии пласта становится недостаточно для выталкивания нефти, поэтому её подъем начинают осуществлять с помощью подкачки в пласт сжатого газа.

Для сжатия газа используют компрессоры высокого давления. Этот способ называют компрессорным. Бескомпрессорный способ газлифта осуществляют методом подачи в пласт газа, уже находящегося под высоким давлением. Такой газ подводят с ближайшего месторождения.

Несмотря на то, что данный способ отличает простота обслуживания скважин, и он максимально удобен для подъема больших объемов нефти с высоким содержанием газа, он становится всё менее востребованным из-за того, что требует больших затрат на строительство компрессорных станций и газопроводов высокого давления. В настоящее время газлифтным способом добывается не более 5% нефти в России.

В этом ролике (4 минуты) от компании Weatherford очень наглядно (и, главное, без единого слова), показаны технологии, применяемые при газлифтной добыче нефти:

Насосные способы добычи нефти

К насосным способам механизированной добычи нефти относят, как несложно догадаться, добычу нефти при помощи различных видов насосных установок. Обратите внимание, что речь идёт именно об «установках», поскольку кроме, собственно, насоса необходимо и другое погружное (т.е. монтируемое в скважине) и наземное оборудование.

В настоящее время для добычи нефти применяются различные скважинные насосные установки:

1. установка штангового глубинного насоса (УШГН) или скважинная штанговая насосная установка (СШНУ)
2. установка электрического центробежного насоса (УЭЦН)
3. установка электроприводного винтового насоса (УЭВН)
4. установка электроприводного лопастного насоса (УЭЛН)
5. различные виды скважинных гидропоршневых насосных установок (ГПНА):

• струйные
• гидроимпульсные
• турбонасосные
• вибрационные.

В рамках данной статьи мы рассмотрим только первые три, как самые распространённые.

Добыча нефти при помощи установки штангового глубинного насоса (УШГН)

Да, да, да. Это именно та самая, всем известная «качалка», фотографию которой наиболее часто используют, когда говорят о нефтедобыче. Это обусловлено, с одной стороны, тем, что УШГН – самый старый и наиболее распространенный в мире вид механизированной эксплуатации нефтяных скважин, а, с другой стороны, тем, что это наиболее «фактурное» нефтедобывающее оборудование.

Для понимания распространённости. Во всем мире сейчас находится в эксплуатации около 2 миллионов нефтяных скважин. УШГН оснащены примерно 750 000 из более чем 1 миллиона скважин, где применяют тот или иной способ механизированной добычи.

УШГН действует по принципу поршневого устройства: при помощи возвратно-поступательных движений наземного привода через колонну насосных штанг глубинный насос поднимает нефть к поверхности. Станок-качалка приводится в движение при помощи электрического двигателя через клиноременную передачу. Также применяются и другие типы приводов для ШГН: цепной привод, гидравлический привод, длинноходовой привод, но назначение у всех одно – привести в движение колонну штанг, обеспечив работу глубинного насоса.

Из всех просмотренных мной на youtube роликов про принцип работы УШГН (на русском языке), именно этот показался мне наиболее предпочтительным с точки зрения доступности, полноты изложения, визуализации и длительности (5 минут):

Добыча нефти при помощи установки электрического центробежного насоса (УЭЦН)

На фотографии вверху видна фонтанная арматура скважины, оснащённой УЭЦН. Сначала объясню, для чего нужны УЭЦН, если есть «качалки». Дело в том, что у УШГН (СШНУ) есть много недостатков, которых лишены УЭЦН, а именно:

• невозможность эксплуатации высокодебитных скважин, т.е. скважин, дающих большие объёмы нефти;
• низкая эффективность добычи нефти с большим содержанием воды;
• громоздкое и металлоёмкое наземное оборудование;
• высокая вероятность обрыва насосных штанг (особенно в наклонных и горизонтальных скважинах).

По статистике, доля скважин в России, оборудованных УШГН,— 34%. На УЭЦН приходится 63% скважин, при этом 82% нефти в стране добывается именно с помощью УЭЦН, что говорит о большей эффективности именно этого способа.

Основные компоненты УЭЦН:

• электроцентробежный насос (ЭЦН)
• погружной электродвигатель
• гидрозащита (протектор)
• газосепаратор (опционально)
• кабельная линия
• наземная станция управления (СУ)

Погружной электроцентробежный насос внешне ничем не отличается от трубы, но внутренняя полость такой трубы (т.е. корпуса насоса) содержит большое количество сложных в изготовлении деталей. (См. рисунок ниже. Изображение взято с сайта компании «Новомет»)

ЭЦН приводится в действие с помощью электродвигателя, расположенного в скважине (поэтому он и называется «погружным»). Подвод электроэнергии к нему осуществляется по погружному бронированному кабелю. Электродвигатель может быть асинхронным (магнитное поле создается статором двигателя) или вентильным (магнитное поле создается постоянными магнитами, находящимися в роторе двигателя), который имеет более высокий КПД. Управление погружной установкой производится через станцию управления (СУ). Применяются СУ прямого пуска, а также СУ с возможностью регулирования частоты вращения погружного электродвигателя.

В этом кратком (1 минута) ролике от компании Weatherford очень наглядно (и, главное, без единого слова), показан принцип работы УЭЦН:

Для вашего удобства, привожу перевод терминов, использованных в ролике:

Electric Submersible Pumping System — установка электрического центробежного насоса (УЭЦН)
Motor — погружной электродвигатель
Seal — гидрозащита
Gas Separator — газосепаратор
Submersible Pump – погружной электроцентробежный насос (ЭЦН)
Gas — газ
Oil – нефть

Добыча нефти при помощи установки электроприводного винтового насоса (УЭВН)

Винтовой насос – это насос объёмного действия, подача которого прямо пропорциональна частоте вращения специального винта. При вращении винт (ротор) и его обойма (статор) образуют по всей длине ряд замкнутых полостей, которые передвигаются от приёма насоса к его выкиду. Вместе с ними перемещается и откачиваемая жидкость.

Существует два варианта применения винтовых насосов для добычи нефти.
При первом (как на картинке вверху), который получил наибольшее распространение, электродвигатель и редуктор монтируются на устье скважины и связаны между собой ременной передачей. Обойма винтового насоса спускается в скважину на НКТ, а винт крепится к штангам, которые вращаются электродвигателем через редуктор.

При втором варианте (набирает популярность), схема установки УЭВН аналогична УЭЦН, т.е. винтовой насос приводится в действие погружным электродвигателем, который передаёт крутящий момент напрямую на вал винтового насоса через протектор. Благодаря приводу от погружного электродвигателя, в такой установке не применяются насосные штанги и редуктор, являющийся самым ненадёжным и дорогостоящим компонентом традиционной УЭВН.

УЭВН применяются, главным образом, в скважинах с высоковязкой нефтью.

В этом ролике от компании Weatherford «Progressing Cavity Pumping System» показан принцип работы УЭВН (достаточно посмотреть первые 2 мин.):

Источник