Список вопросов/ответов по курсу ттнд специальности 130503. 4-нт-7

1. Общая схема комплекса оборудования для добычи нефти и газа.

Схема технологического комплекса для добычи нефти и газа.

При добыче нефти и газа используются следующие типы оборудования:

1. Оборудование для подъёма пластовой продукции.

2. Оборудование для сбора, транспорта, подготовки и хранения пластовой продукции.

3. Оборудование для поддержки пластового давления. Воздействовать на пласт можно не только с помощью поддержания пластового давления, но и другими способами, такими как, например, гидроразрыв, тепловое воздействие и так далее,поэтому этот тип оборудования можно также назвать оборудованием для воздействия на пласт в целом и на призабойную зону.

4. Оборудование для ремонта. Ремонт скважины бывает двух видов: подземный ремонт скважин, при котором используется подземное оборудование, и капитальный ремонт скважин, который проводится при авариях, а так же используется при вмешательстве в ствол скважины.

Общая классификация оборудования для подъёма пластовой продукции.

1. Оборудование для фонтанной эксплуатации скважины.

2. Оборудование для газлифта.

3. Погружные насосы:

a. Погружные центробежные электронасосы (УПЦЭН).

b. Погружные винтовые электронасосы (УПВЭН).

c. Погружные диафрагменные электронасосы (УПДЭН).

d. Гидропоршневые электронасосы (УГПН).

e. Турбонасосы.

f. Вибронасосы.

g. Струйные насосы.

h. Другие.

4. Штанговые насосы:

a. Штанговые скважинные насосные установки (ШНСУ).

b. Винтовые насосы с поверхностным приводом.

5. Общее оборудование:

a. Насосно-компрессорные трубы.

b. Пакеры.

2. Пескоструйная перфорация скважин. Определение давления и расчет НКТ.

При гидропескоструйной перфорации разрушение преграды происходит в результате использования абразивного и гидромониторного эффектов высокоскоростных песчано-жидкостных струй, вылетающих из насадок специального аппарата - пескоструйного перфоратора, прикрепленного к нижнему концу насосно-компрессорных труб. Песчано-жидкостная смесь закачивается в НКТ насосными агрегатами высокого давления, смонтированными на шасси тяжелых автомашин, поднимается из скважины на поверхность по кольцевому пространству. Это сравнительно новый метод вскрытия пласта. В настоящее время ежегодно обрабатываются около 1500 скважин этим методом. Область и масштабы применения гидропескоструйного метода обработки скважин постоянно расширяются, и кроме вскрытия пласта он нашел применение при капитальных ремонтах, вырезке колонн и в сочетании с другими методами воздействия.

При гидропескоструйной перфорации (ГПП) создание отверстий в колонне, цементном камне и канала в породе достигается приданием песчано-жидкостной струе очень большой скорости, достигающей нескольких сотен метров в секунду. Перепад давления при этом составляет 15 - 30 МПа. В породе вымывается каверна грушеобразной формы, обращенной узким конусом к перфорационному отверстию в колонне. Размеры каверны зависят от прочности горных пород, продолжительности воздействия и мощности песчано-жидкостной струи. При стендовых испытаниях были получены каналы до 0,5 м.

Размеры канала увеличиваются сначала быстро и затем стабилизируются в результате уменьшения скорости струи в канале и поглощения энергии встречным потоком жидкости, выходящей из канала через перфорационное отверстие.

Стендовые испытания ГПП, проведенные ВНИИ, позволили установить соотношения между параметрами процесса (рис. 4.9), необходимые для его проектирования. Результаты, приведенные на рис. 4.9, получены при разрушении цементных блоков, утопленной под уровень жидкости струей водопесчаной смеси. Время воздействия на преграду не должно превышать 15 - 20 мин, так как при более продолжительном воздействии каналы не увеличиваются.

Рис. 4.9. Зависимость расхода водопесчаной смеси qж и глубины образующихся каналов lк

от перепада давления ΔР в насадке для трех ее диаметров 3; 4,5 и 6 мм:

1 - qж = f (ΔР) для d = 6 мм; 2 - qж = f (ΔР) для d = 4,5 мм; 3 - qж = f (ΔР) для d = 3 мм;

4 - lк = f (ΔР) для d = 6 мм; 5 - lк = f (ΔР) для d = 4,5 мм; 6 - lк = f (ΔР) для d = 3 мм;

Рис. 4.10. Аппарат для пескоструйной перфорации АП-6М:

1 - корпус. 2 - шар опрессовочного клапана; 3 - узел насадки; 4 - заглушка;

5 - шар клапана; 6 - хвостовик; 7 - центратор

Перфорация производится пескоструйным аппаратом, спускаемым на насосно-компрессорных трубах. Аппарат АП-6М конструкции ВНИИ (рис. 4.10) имеет шесть боковых отверстий, в которые ввинчиваются шесть насадок для одновременного создания шести перфорационных каналов. При малой подаче насосных агрегатов часть отверстий может быть заглушена пробками. Насадки в стальной оправе изготавливаются из твердых сплавов, устойчивых против износа водопесчаной смесью, трех стандартных диаметров 3; 4, 5 и 6 мм.

Насадки диаметром 3 мм применяются для вырезки прихваченных труб в обсаженной скважине, когда глубина резания должна быть минимальной. Насадки диаметром 4,5 мм используются для перфорации обсадных колонн, а также при других работах, когда возможный расход жидкости ограничен. Насадки диаметром 6 мм применяют для получения максимальной глубины каналов и при ограничении процесса по давлению.

3. Определение полезной мощности ЭЦН и выбор электродвигателя (см. вопр.5).

4. Фонтанирование за счет энергии газа, Р_заб. Р_нас.

Возможен другой случай, когда фонтанирование происходит при давлении на забое скважины ниже давления насыщения (Рс < Рнас). При этом на забой скважины вместе с нефтью поступает свободный газ, к которому, по мере подъема нефти по НКТ, добавляются дополнительные порции свободного газа, выделяющегося из нефти при снижении давления. Масса свободного газа, приходящегося на единицу массы жидкости, по мере подъема увеличивается. Объем свободного газа также увеличивается за счет его расширения. В результате газонасыщенность потока возрастает, а его плотность соответственно снижается.

Таким образом, фонтанирование скважины может происходить при давлении на забое Рс выше или ниже давления насыщения Рнас.

Сделаем несколько предварительных общих определений. Очевидно, давление на забое фонтанной скважины в любом случае будет равно

Фонтанирование за счет энергии газа , (8.18)

где Рб — давление у башмака НКТ при фонтанировании скважины с постоянным дебитом, Р = (Н — L)·ρ·g — гидростатическое давление столба жидкости между башмаком и забоем высотой Н — L, где Н — глубина скважины, L — длина НКТ; ρ — средняя плотность жидкости в этом интервале.

С другой стороны, то же давление на забое Рс может быть определено через уровень жидкости в межтрубном пространстве

Фонтанирование за счет энергии газа , (8.19)

где Р1 = hρg — гидростатическое давление столба жидкости в межтрубном пространстве; Р2 = Рз + ΔР — давление газа, находящегося в межтрубном пространстве, на уровень жидкости, Рз

- давление газа в межтрубном пространстве на устье скважины; ΔР — гидростатическое давление столба газа от уровня до устья.

Очевидно,

Фонтанирование за счет энергии газа ,

где ρг — средняя плотность газа в межтрубном пространстве. Запишем (8.19) в развернутом виде:

Фонтанирование за счет энергии газа. (8.20)

В скважине, фонтанирующей с постоянным дебитом, давление на забое Рс

должно быть постоянным. Поэтому изменение высоты столба h в затрубном пространстве должно сопровождаться изменением давления на устье Рз

так, чтобы сумма слагаемых согласно (8.20) была бы постоянной. Поэтому необходимо, чтобы уменьшение h сопровождалось увеличением давления газа Рз

и наоборот.

Рассмотрим теперь два случая фонтанирования.

1. Рс < Рнас

(рис. 8.2,a).

Фонтанирование за счет энергии газа

Рис. 8.2. Схема скважин при фонтанировании

а — при давлении на забое меньше давления насыщения (Рс < Рнас);

б — при давлении на забое больше давления насыщения (Рс > Рнас)

Свободный газ имеется на самом забое. К башмаку фонтанных труб будет двигаться газожидкостная смесь. При работе такой скважины основная масса пузырьков газа будет увлекаться потоком жидкости и попадать в фонтанные трубы. Однако часть пузырьков, двигающихся непосредственно у стенки обсадной колонны, будет проскальзывать мимо башмака НКТ и попадать в межтрубное пространство. В межтрубном пространстве выше башмака движения жидкости не происходит. Поэтому пузырьки газа в нем будут всплывать, достигать уровня жидкости и пополнять газовую подушку в межтрубном пространстве. Таким образом, при фонтанировании, когда Рс < Рнас, создаются условия для непрерывного накопления газа в межтрубном пространстве. Интенсивность этого процесса зависит от многих факторов.

1. От скорости восходящего потока ГЖС, т. е. от дебита скважины. Чем больше дебит, тем меньше газа попадает в межтрубное пространство.

2. От величины зазора между обсадной колонной и фонтанными трубами.

3. От количества и величины газовых пузырьков, что в свою очередь зависит от разницы между давлением насыщения и давлением у башмака.

4. От вязкости жидкости.

Накопление газа в затрубном пространстве приводит к увеличению давления Рз

и соответствующему понижению уровня жидкости h на такую величину, чтобы давление на забое Рс согласно уравнению (8.20) оставалось бы постоянным. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока уровень жидкости в межтрубном пространстве не опустится до башмака фонтанных труб. После этого процесс стабилизируется. Непрерывно возрастающее давление на устье межтрубного пространства после достижения максимума стабилизируется. В этом случае возможно достаточно точно определить давление у башмака фонтанных труб Рб, а также и давление на забое Рс по давлению на устье в межтрубном пространстве Рз, не прибегая к трудоемкому процессу спуска манометра в скважину. Давление Рз замеряется на устье манометром. Тогда давление у башмака будет равно

Фонтанирование за счет энергии газа, (8.21)

где

Фонтанирование за счет энергии газа — плотность газа.

Здесь ρо — плотность газа при стандартных условиях Ро

и То; Тср — средняя температура в затрубном пространстве; z — коэффициент сжимаемости газа для условий Рз и Тср. Второе слагаемое в формуле (8.21) может быть определено несколько точнее по барометрической формуле.

Давление на забое скважины Рс будет больше Рб на величину гидростатического давления столба жидкости между забоем и башмаком фонтанных труб Р и может быть определено по формуле (8.18).

При больших расстояниях между забоем и башмаком НКТ (превышающих 50 — 100 м) в вычисление Рс вносится погрешность за счет недостоверности величины средней плотности ГЖС между башмаком и забоем — Р. В таких случаях величину Р необходимо определять методами, изложенными в теории движения газожидкостных смесей.

Таким образом, в фонтанирующей скважине при условии Рс < Рнас

уровень жидкости в межтрубном пространстве обязательно должен устанавливаться у башмака НКТ после выхода работы скважины на установившийся режим. Однако это справедливо, если нет утечки газа из обсадной колонны из-за ее недостаточной герметичности или неплотностей в арматуре и колонной головки. При наличии утечек уровень жидкости может стабилизироваться в межтрубном пространстве на некоторой высоте, обусловливая такое давление на устье, при котором утечки газа сравниваются с его поступлением от башмака фонтанных труб.

5. Приток жидкости к скважине, воронка депрессии.

При отборе жидкости (газа) из скважины в пласте двигаются (фильтруются) пластовые флюиды. Движение флюидов в пласте проходит по радиальным направлениям. Если жидкость движется к центру скважины (отбирается из потока), то это - сток - добывающая, эксплуатационная скважина. Если жидкость движется в обратном направлении (добавляется к потоку), это - источник - нагнетательная скважина.

По мере приближения к скважине при условии постоянной величины отбора продукции из скважины, постоянной толщины и однородной проницаемости, скорости фильтрации (движения) флюидов возрастает, достигая максимума у стенки скважины.

Как правило скважины не бывают гидродинамически совершёнными. Так, в некоторых скважинах вскрывают только часть толщины пласта, и если пласт не крепят обсадной колонной, то такие скважины являются несовершёнными по степени вскрытия.

В большинстве скважин пласт вскрывают на всю его толщину, но сообщение скважины с пластом осуществляется через ограниченное число отверстий в обсадной колонне. Такие скважины несовершенны по характеру вскрытия. Чаще всего в производственной практике скважины по степени и характеру вскрытия одновременно.

Очевидно, что любое несовершенство скважин приводит к возникновению дополнительных фильтрационных сопротивлений в призабойной зоне пласта вследствие отклонения течения жидкостей (газа) от плоскорадиального потока и разного возрастания скорости их течения у перфорационных отверстий.

Отношение дебита Q несовершенной скважины к дебиту Q совершенной скважиной называют коэффициентом совершенства ф:

Коэффициент ф характеризует состояние ПЗП при соответствующей технике и технологии вскрытия пласта бурением (первичное и перфорацией (вторичное)).

Вокруг каждой работающей скважины в процессе бурения, эксплуатации образуется воронка:

депрессии - в добывающей, эксплуатационной;

репрессии - в нагнетательной.

Депрессионная воронка - это поверхность, образованная логарифмической кривой распределения давления вокруг оси скважины.

В пределах воронки депрессии градиенты давления, а значит и расходы энергии на единицу длины пути резко возрастают по мере приближения к скважине. Значительная доля перепада давления в пласте расходуется в непосредственной близости от скважины. По мере удаления от скважины кривые градиентов давления значительно выравниваются, что указывает на резкое уменьшение скорости фильтрации с удалением от скважины.

6. Определение необходимого напора ЭЦН по параметрам скважины.

Необходимый напор определяется из уравнения условной характеристики скважины:

,

где hст - статический уровень жидкости в скважине, м; Δh - депрессия, м; hтр - потери напора на трение в трубах; hг - разность геодезических отметок сепаратора и устья скважины; hc - потери напора в сепараторе.

Депрессия определяется при показателе степени уравнения притока, равном единице:

,

где К - коэффициент продуктивности скважины, м³/сут·МПа; ρж - плотность жидкости, кг/м³; g = 9,81 м/с².

Потери напора на трение в трубах, м, определяются по формуле

, (3.5)

где L глубина спуска насоса, м,

; (3.6)

h - глубина погружения насоса под динамический уровень; l - расстояние от скважины до сепаратора, м; λ - коэффи­циент гидравлического сопротивления,

Коэффициент λ определяют в зависимости от числа Re и относительной гладкости труб Ks:

, (3.7)

где ν - кинематическая вязкость жидкости, м²/с;

, (3.8)

где Δ - шероховатость стенок труб, принимаемая для неза­грязненных отложениями солей и парафина труб равной 0,1 мм.

Способом определения λ является вычисление ее по числу Рейнольдса, независимо от шероховатости:

, если Re < 2300 (3.9)

, если Re > 2300 (3.10)

Потери напора на преодоление давления в сепараторе

, (3.11)

где Pc - избыточное давление в сепараторе.

Подставляя вычисленные значения Δh, hтр и hc и наперед заданные hст и hг в формулу (3.3), найдем величину необходимого напора для данной скважины.

При этом необходимо иметь в виду, что в соответ­ствии с характеристикой ЭЦН напор насоса увеличивается при уменьшении подачи, а КПД имеет ярко выраженный мак­симум.

Рабочая область - макс.КПД ±10%. Нельзя выходить за переделы рабочей области: если будет ниже - насос сгорит, если выше - сгорит или захлебнется.

Параметры входящие в рабочую характеристику ЭЦН.

1.Подача(м³/сут)

2.Напор,м

3.КПД,%

4.Число ступеней

5.Масса, кг