Лекция № 12

«Оборудование для добычи НиГ»

Оборудование для нагнетания воды в пласт

Интенсивность притока пластовой жидкости в скважину обуславливается давлением в пласте. Следовательно, для интенсификации притока необходимо сохранение пластового давления. Существует несколько методов воздействия на пласт: гидроразрыв, кислотная обработка, взрыв – для увеличения проницаемости пласта; методы снижения вязкости пластовой жидкости – нагрев в пласте, ее поджог; методы снижения поверхностного натяжения – обработка жидкости в пласте химическими реагентами. Для осуществления этих методов воздействия на нефтегазовый пласт используется большое количество оборудования, сооружений, машин, механизмов.

Поддержание пластового давления обеспечивается закачкой в пласт через систему нагнетательных скважин различных жидкостей и газа. Для этого используется комплекс оборудования, состоящий из систем водозабора, водоподготовки и распределения, насосных станций и коммуникаций.

1. Сооружения и оборудование для водозабора и подготовки воды

Для вытеснения нефти из пласта применяются жидкости двух типов: несмешивающиеся и смешивающиеся с нефтью. К первым относится вода, ко вторым – растворители. Последние дорогостоящие и поэтому, в большинстве случаев, в пласт закачивается вода, которая должна отвечать следующим требованиям:

Рекомендуемые материалы

· Количество взвешенных веществ не должно превышать 5 мг/л

· Содержание железа не более 0,2 мг/л, нефти – не более 1 мг/л

· Вода не должна вызывать коррозии оборудования и должна быть обескислорожена.

· Морская вода может закачиваться в том случае, если пластовая жидкость содержит щелочные и жесткие воды и не должна содержать бактерий, образующих сероводород.

В качестве источников жидкости используются открытые, подземные источники и сточные воды. Количество воды, нагнетаемой в пласт, ориентировочно составляет: при площадном заводнении 8-10 м³/т добываемой нефти, при законтурном – 1-15 м³/т. Сопоставляя показатели работы систем для закачки воды в пласт отмечается, что наиболее рациональными являются системы с использованием пластовой воды, которая  после соответствующей обработки закачивается в пласт. Подобная система, представляет собой замкнутый контур, вредное влияние которого на окружающую природу минимально.

2. Оборудование для нагнетания воды в пласт

Очищенная и обработанная вода направляется из резервуаров к насосным станциям – стационарным или блочным. Первые представляют собой капитальные помещения с насосами, аппаратурой управления и контроля, электрооборудованием и бытовыми помещениями. Станции второго типа состоят из блоков заводской комплектации. Кустовые насосные станции соединяются с питающим трубопроводом, который может быть кольцевым и опоясывать месторождение или линейным. От КНС жидкость под давлением направляется к нагнетательным скважинам, причем по мере разработки, добывающие скважины переводятся в нагнетательные.

Блочная кустовая станция состоит из ряда блоков: насосных, управления, электроаппаратуры, распределительного и бытового. Наиболее ответственными элементами КНС являются насосные агрегаты. К ним предъявляются определенные требования:

1. КПД в рабочем режиме 70-75 %

2. Равномерная подача

3. Моторесурс 7-10 тыс. часов, а продолжительность безостановочной работы 600-1000 часов.

4. Минимальные габаритные размеры

5.    Устойчивость материала деталей гидравлической части к перекачиваемым жидкостям.

Схема блочной КНС:

1 - магистральный водопровод; 2 —буферная емкость; 3 — приемный коллектор; 4, 9,11 — задвижки; 5 — центробежные насосы; 6 — электродвигатели; 7 —задвижки  с дистанционным управлением; 8 — высоконапорный коллектор; 10 — сборный кол­лектор для грязной воды; 12 — емкость

Насосы, используемые для перекачки жидкости в пласт – специализированные. Их основные параметры: подача от 2 до 1000 м³/ч, давление 3-50 МПа.

Для закачки воды в пласт используются насосы двух типов – центробежные и плунжерные. Центробежные насосы прочны в монтаже и обслуживании. Однако, они работают с пониженным КПД при отклонении подачи от оптимальной. Получение малой подачи и больших давлений при высоком КПД для них невозможно.

Насосы объемного действия выполняются многоплунжерными с рабочими давлениями до 50 МПа, числом оборотов коленчатого вала 280-1000 мин^-1. Их КПД при работе в широком диапазоне подач составляет 80-85%. У нас применяются для нагнетания жидкости в пласт многоступенчатые секционные насосы ЦНС с подачей до 1000 м³/ч при давлении 0,4-20 МПа. Напор ЦНС регулируется изменением числа ступеней. Конструкция насоса  представляет собой набор секций, зажатых между всасывающей и нагнетательной крышками  и стянутых шпильками. Для повышения долговечности, основные детали насоса изготавливаются из хромистых сталей.

Для сокращения расходов на строительство кустовых насосных станций используют центробежные электронасосы в качестве водозаборных и одновременно нагнетательных, для чего они спускаются в водяную скважину. В этом случае закачка производится без водоподготовки, а одновременно с забором воды обеспечивается дополнительный напор (1200-1300м), необходимый для нагнетания воды в пласт. Т.о. вода перемещается из пласта в пласт без контакта ее с воздухом, т.е. без аэрации, без установок водоподготовки, без сооружения кустовых станций. Однако, при этом усложняется контроль и ремонт внутрискважинных насосов. При удачном сочетании расположения водяного пласта и пласта, в который нагнетается вода, используют межпластовый переток, а для обеспечения соответствующего напора устанавливают ЦЭН, обеспечивающий перекачку воды из одного пласта в другой без подъема ее на поверхность. В отдельных случаях, когда имеется высоконапорный водяной пласт, удается обеспечить подачу в продуктивный пласт без применения ЦЭН, только за счет использования энергии пласта.

3.Оборудование для увеличения проницаемости пласта

Оборудование для гидроразрыва пласта

Гидроразрыв пласта основан на неоднородности (слоистости) структуры нефтесодержащих пластов, способности их расслаиваться под воздействием закачиваемой в пласт жидкости. Процесс осуществляется нагнетанием в пласт под большим давлением порции жидкости гидроразрыва, что приводит к образованию послойных трещин, в которые сразу же закачивается жидкость- песконоситель, продавливаемая с помощью буферной жидкости. Крупнозернистый песок, заполняя трещины, создает высокопроницаемые слои, улучшающие приток жидкости к фильтру скважины. Процесс гидроразрыва – быстротечный, эффективность его находится в прямой зависимости от темпа проведения операций собственно разрыва и заполнения трещин песком. Поэтому комплекс оборудования отличается высокой подачей и большим давлением нагнетания (100МПа). Основное оборудование для гидроразрыва пласта: автоцистерны для трех жидкостей – гидроразрывной, песконосителя и буферной; насосные агрегаты высокого давления для подачи гидроразрывной жидкости, пескосмесители, насосные агрегаты для закачки песка с жидкостью – песконосителем, манифольд, оборудование устья  скважины, комплект внутрискважинного оборудования – НКТ, якорь,пакер.

3.1.1.Автоцистерны     

Требования к автоцистернам:  

1. Наличие емкости заданного объема.

2. Наличие средств стабилизации температуры жидкости.

3. Наличие средств перекачки жидкости.

4. Автоцистерна должна обладать хорошей проходимостью.

Наиболее часто применяемые цистерны: ППЦ-23-552П, АЦН-11-257, АЦН-75-5334, ЦР-7АП и т.д.

Конструкция цистерны представляет собой емкость эллиптического или круглого сечения. В качестве насосов для перекачивания жидкости используются центробежные насосы, приводимые в действие ходовым двигателем. Цистерны имеют дополнительное оборудование для контроля режима работы насосов.

Насосные агрегаты

Гидроразрывная и буферная жидкости должны закачиваться одним и тем же агрегатом с автономным приводом. Насосы агрегата должны иметь большую подачу и создавать давление, необходимое для гидроразрыва в условиях района применения. Давление для образования трещин в пласте приблизительно может быть определено как Р = 1,5 - 2,5L, где  L- глубина скважины.

Насосный агрегат 4АН-700

Для создания давления используются насосные агрегаты 4АН-700 на шасси КРАЗ-257. Оборудование агрегата включает в себя силовую установку, коробку передач, горизонтальный трехплунжерный насос, манифольд и систему управления. Агрегат обеспечивает подачу от 0,3 – 22 л/с, давление от 21 МПа-70МПа.

Пескосмеситель

Обеспечить перевозку песка и приготовление песчано-жидкостной смеси. Агрегаты имеют две емкости для заполнения песком двух фракций – мелкой и крупной. Бункер оснащен загрузочным шнеком, приводимым в действие гидромотором. Гидропривод работает от ходового двигателя автомобиля. Для исключения прилипания песка к стенкам емкости на ней смонтированы пневматические вибраторы. Песчано-жидкостная смесь получается в гидросмесителе. Производительность 50-75 т/ч. Смесь подается к насосным агрегатам песковым насосом. В настоящее время применяются пескосмесительные агрегаты 4-ПА и УСП-50.

Пескосмесительный агрегат

1 – пульт управления; 2 – аккумулятор; 3 – смесительный горшок; 4 – регулятор выдачи сыпучего материала; 5 – рабочий  шнек; 6 – бункер; 7 – загрузочный шнек; 8 – пневмовибратор; 9 – монтажная рама

Манифольд

Предназначен для соединения в одну систему всех агрегатов комплекса, управления процессом гидроразрыва, контроля и защиты. Блок манифольда состоит из двух групп коммуникаций низкого и высокого давлений. В настоящее время применяется блок манифольда 1БМ-700, который включает в себя напорный и приемный коллекторы, подъемную стрелу и комплект труб с шарнирными соединениями.

3.1.5. Оборудование устья

Схема расположения оборудования при проведении гидроразрыва пласта:

1 – насосный агрегат 4АН-700; 2 – пескосмесительный агрегат; 3 –  автоцистерна; 4 –  песковоз; 5 – блок манифольда 1БМ-700; 6 – арматура устья 2АУ-700; 7 – станция кон­троля и управления процессом

Предназначено для соединения напорной линии, идущей от манифольда к скважине, с устьем скважины и колонной НКТ с разными трубопроводами. Для этого применяются специализированные устьевые арматуры высокого давления. В настоящее время устья скважин оборудуют универсальной арматурой АУ-700, которая может также использоваться при гидропескоструйной перфорации и цементировании скважин. Максимальное рабочее давление на которое рассчитана арматура – 70 МПа.

10.5 Проверки значимости и доверительные интервалы средних - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

3.1.6. Внутрискважинное оборудование

Предназначено для направления потока жидкости в пласт при обеспечении сохранности ствола скважины. Для этого скважина оснащается комплектом НКТ с пакером над фильтровой зоной ствола, предохраняющим ствол от воздействия высокого давления жидкости. Для исключения возможности смещения пакера при больших осевых усилиях и разгрузке колонн труб устанавливается якорь.  

3.2.Оборудование для кислотной обработки

Обработка нефтесодержащего коллектора, в составе которого находятся карбонатные породы, кислотой улучшает проницаемость пласта в зоне скважины. Для обработки пласта кислотой применяется комплекс оборудования, в состав которого входят: арматура для устья скважины, насосный агрегат для нагнетания кислоты в скважину, автоцистерна для перевозки кислоты и химреагентов, манифольд для соединения автоцистерны с насосным агрегатом и устьевой арматурой. При солянокислотной обработке концентрация кислоты в растворе составляет 8-20%. Для предохранения оборудования от коррозионного воздействия кислоты в раствор добавляют ингибиторы. В качестве ингибитора применяют формалин. В процессе обработки скважины в соляной кислоте образуется значительное количество примесей в виде окислов железа, которые выпадают из раствора и закупоривают пласт. Для предотвращения выпадения применяются стабилизаторы, в качестве которых применяется уксусная кислота, добавляемая в раствор в количестве 0,8-1,6% объема разведенной соляной кислоты. Применяются кислотные обработки нескольких видов: закачка кислоты в пласт под давлением, кислотные ванны, закачка горячего кислотного раствора. Для транспортирования раствора ингибированной соляной кислоты и нагнетания его в пласты применяются специальные агрегаты «Азинмаш» 30А, АКПП-500, КП-1,5.

Агрегаты смонтированы на шасси автомобилей, оборудованы гуммированной цистерной, насосными агрегатами, трубопроводами и т. д. При отсутствии специальных кислотных агрегатов скважину обрабатывают при помощи обычных насосных или промывочных агрегатов с последующей промывкой водой гидравлической части насосов.