Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Круг идей: модели и технологии исторической информатики. Труды III конференции АИК / Ред. Л.И. Бородкин и И.Ф. Юшин. М., 1996. – [344 с.] Сайт Асс...полностью>>
'Заседание'
О ходе выполнения программных мероприятий по предоставлению государственной услуги по профессиональной подготовке, переподготовке и повышению квалифик...полностью>>
'Семинар'
Составляющие личных ресурсов руководителя-Лидера: компоненты психотипа; взгляды, установки и убеждения; психологические, физические и временные ресур...полностью>>
'Автореферат'
Защита состоится 25 февраля 2011 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.264.02 по присуждению ученой степени доктора и кандидата...полностью>>

Разработка технологиИ и оборудованиЯ для удаления жидкости из скважин

Главная > Документ
Сохрани ссылку в одной из сетей:

На правах рукописи


Шулятиков Игорь Владимирович

РАЗРАБОТКА технологиИ и оборудованиЯ

для удаления жидкости из скважин

Специальность 25.00.17

«Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

Специальность 05.02.13

«Машины, агрегаты и процессы нефтяной и газовой промышленности»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2007

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – ВНИИГАЗ».

Научный руководитель

-

кандидат технических наук А.М. Сиротин

Официальные оппоненты

-

доктор технических наук Д.В. Люгай

-

доктор технических наук, профессор

В.А. Сахаров

Ведущее предприятие

-

ООО «Уренгойгазпром»

Защита диссертации состоится 1 ноября 2007 г. в 13.30 на заседании диссертационного совета Д 511.001.01 при ООО «ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка, ООО «ВНИИГАЗ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан 28 сентября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д. г.-м. н.

Н.Н. Соловьев

Общая характеристика работы

Актуальность работы

В процессе эксплуатации и освоения после капитального ремонта газовых и газоконденсатных скважин возникают осложнения, вызванные скоплениями воды в лифтовой колонне и призабойной зоне. В результате снижаются рабочие дебиты газа, что часто приводит к остановке скважин.

Наиболее распространенные технологии удаления жидкости из газовых и газоконденсатных скважин – это технологическая продувка скважин на факельную линию и замена лифтовых колонн на трубы меньшего диаметра. Во время продувки (эксплуатация и освоение), которая продолжается от 30 минут до нескольких часов, газ и конденсат сжигаются, т.е. происходит безвозвратная потеря природных ресурсов и загрязнение окружающей среды. Замена НКТ на трубы меньшего диаметра сопровождается увеличением потерь давления и снижением рабочего дебита скважин, а также существенными материальными затратами.

Поэтому разработка технологий для удаления жидкости из газовых и газоконденсатных скважин, оборудованных лифтовыми колоннами из труб различных диаметров, без проведения продувок в атмосферу и замены лифтовых колонн на трубы меньшего диаметра, а также сокращение периода освоения скважин после капитального ремонта, является актуальной задачей исследований.

Цель работы

Разработка технологии и оборудования для удаления жидкости из газовых и газоконденсатных скважин, оборудованных лифтовыми колоннами различных диаметров (от 60 до 219 мм), для повышения их производительности на заключительной стадии разработки месторождений.

Основные задачи исследований

Анализ технологий эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин на заключительном этапе разработки месторождений.

Весь комплекс решаемых задач относится к газовым и газоконденсатным скважинам, оборудованных лифтовыми колоннами из труб от Ду=60 мм до Ду=219 мм, для обеспечения условий эффективного выноса жидкости:

  • разработка технологии и оборудования удаления жидкости для различных условий эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин;

  • исследования технологии подъема жидкости с помощью негерметичного поршня и энергии газа («комбигазлифт») на экспериментальных стендах;

  • изучение условий эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин с применением комбигазлифта;

  • испытание технологии комбигазлифта и средств контроля за его работой.

Методы решения поставленных задач базируются на основании предшествующих теоретических разработок в области газлифта и плунжерного лифта и технологий, использующих лебедки.

Задачи решены с помощью:

  • экспериментальных исследований комбигазлифта на стендах;

  • промысловых испытаний технологии и оборудования комбигазлифта в скважинах.

Научная новизна

Впервые созданы технология и оборудование для удаления жидкости из скважин газовых и газоконденсатных месторождений с использованием негерметичного цилиндрического тела - разделителя, перемещаемого в лифтовой колонне с помощью лебедки, и восходящего потока газа, препятствующего стеканию жидкости под разделитель.

Впервые создан экспериментальный стенд с замкнутой циркуляцией воздуха, защищенный патентом на полезную модель Российской федерации.

На экспериментальных стендах впервые была подтверждена возможность создания динамического уплотнения для жидкости в кольцевом зазоре (названное «газопакерующим эффектом»), площадь которого составляет до 50% от проходного сечения трубы. Определен диапазон скоростей подъема разделителя, исключающих стекание жидкости в зазоре, и обеспечивающий подъем газированного столба жидкости до устья скважины без утечки.

Промысловыми испытаниями в скважинах подтверждена эффективность комбигазлифта для удаления жидкости из скважин во время эксплуатации и освоения после капитального ремонта в большом диапазоне рабочих дебитов газа и давлений.

На основе выполненных исследований подготовлен технологический регламент на применение комбигазлифта в скважинах газовых и газоконденсатных месторождений, позволяющий значительно повысить эффективность эксплуатации скважин и значительно уменьшить или исключить полностью потери газа и конденсата во время технологических продувок.

Защищаемые положения

  • новая технология для удаления жидкости из газовых и газоконденсатных скважин, с помощью негерметичного цилиндрического тела – разделителя и восходящего потока газа;

  • научное обоснование создания комплекса специального оборудования для использования комбигазлифта;

  • методика промысловых испытаний технологии и оборудования комбигазлифта;

  • технологический регламент на применение комбигазлифта в скважинах с лифтовыми колоннами из труб от 60 до 168 мм.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Испытаниями на скважине подтверждена высокая эффективность удаления жидкости из газовых и газоконденсатных скважин с использованием комбигазлифта. Новая технология может быть использована для сокращения сроков освоения газовых и газоконденсатных скважин после бурения и капитального ремонта и для удаления жидкости в процессе эксплуатации скважин.

Разработан комплекс оборудования для использования комбигазлифта. По методике автора в газовых и газоконденсатных скважинах испытаны различные конструкции клапанных разделителей комбигазлифта. Испытаниями подтвержден широкий диапазон рабочих дебитов и давлений, при которых комбигазлифт может использоваться в скважинах для удаления жидкости.

Технология эксплуатации скважин с помощью комбигазлифта и оборудование для ее реализации защищены патентами РФ, США, Канады и Китая.

На основе экспериментальных данных, полученных во время промысловых испытаний, автором разработан и опробован технологический регламент на применение комбигазлифта в газовых и газоконденсатных скважинах.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на отраслевых и межотраслевых научно-практических и научных конференциях, совещаниях и семинарах:

- НТС ОАО «Газпром» «Проблемы добычи и обустройства газовых и газоконденсатных месторождений на поздней стадии разработки». г.Оренбург, апрель 1997 г.,

- ХХI Международный Газовый Конгресс. г. Ница, июнь 2000 г.,

- Международная конференция по исследованиям в газовой промышленности. Ванкувер, Канада, ноябрь 2004 г.,

- 6-я научно-техническая конференция и выставка, посвященная 75-летию РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», г.Москва, январь 2005г.,

- 7–я Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России». г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, январь 2007 г.,

- НТС ОАО ГАЗПРОМ «Анализ капитального ремонта скважин и ГТМ в 2007 в скважинах ОАО ГАЗПРОМ». г.Кисловодск, март 2007 г.

Публикации

По теме диссертации опубликованы 12 работ, включая тезисы докладов, патенты РФ, США, Канады и Китая, статьи, в том числе 3 статьи в изданиях, включенных в «Перечень …» ВАК Минобрнауки РФ.

Объём и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Диссертационная работа изложена на 112 страницах машинописного текста и содержит 22 рисунка и 21 таблица. Список использованной литературы состоит из 67 наименований.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю Сиротину А.М., сотрудникам ООО «Кубаньгазпром»: Клименко Н.А., Глухову А.А., Быстрову В.И., Шарафан Н.И., ООО «Уренгойгазпром»: Маринину В.И., Пристанскому А.Г., Уренгойского Газопромыслового Управления: Шарапову В.Б., Моркину Ю.Т., ООО «Томскгазпром»: Вараксину В.В., Пресичу А.В., Колесникову В.П., Вершинину С.Н., Барышеву А.В.; ООО «ГазпромПХГ»: Маловичко Л.П. за ценные советы и помощь в работе.

Содержание работы

Во введении изложена актуальность темы диссертации, определены цели исследования, основные задачи и методы их решения, сформулированы научная значимость и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе проанализированы геолого-технические мероприятия по оптимизации эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин.

Одной из важнейших задач при разработке газовых и газоконденсатных месторождений на всех стадиях разработки является максимально возможное извлечение газа и конденсата из пласта. Это достигается за счет эффективного использования естественной природной энергии газа, находящегося в пласте под избыточным давлением, на всем пути его движения от пласта до входа в компрессорную станцию. От начала периода компрессорной эксплуатации месторождения гидравлические потери давления в скважине и газосборной системе компенсируются на компрессорных станциях затратами электроэнергии или топливного газа для привода компрессоров. Уменьшение потерь давления в скважине имеет первоочередное значение. Скопление жидкости всегда создает дополнительные потери давления в стволе скважины и зачастую приводит к остановке скважины.

Удаление жидкости из скважин в практике эксплуатации газовых месторождений не является самоцелью. Основная задача при выборе технологии эксплуатации скважин – обеспечение плановых отборов газа из месторождения при минимальных потерях пластовой энергии.

На газовых и газоконденсатных месторождениях России для поддержания устойчивой работы скважин, в стволе которых скапливается жидкость, в настоящее время используются следующие геолого-технические мероприятия:

- на устье скважин поддерживают давление, при котором жидкость непрерывно выносится по лифтовой колонне потоком газа;

- производят технологические продувки скважин с использованием вспенивающих ПАВ или без них;

- проводят замену труб лифтовых колонн на трубы меньшего диаметра.

Каждое из указанных мероприятий имеет свою область применения, ограниченную геолого-технологическими параметрами скважин и временными сроками.

Технологические продувки скважин сопровождаются большими безвозвратными потерями газа и конденсата. Периодичность проведения продувок по отдельным скважинам может составлять от 30 до 365 раз в год, а продолжительность каждой опреации - от 30 минут до несколких часов.

Вспенивающие ПАВ в сочетании с продувками (или без них) позволяют в 2-3 раза уменьшить потери газа в атмосферу. Однако ПАВ можно использовать для удаления малых количеств жидкости до начала периода интенсивного поступления пластовых вод в скважину. Проведенные ранее исследования (Игнатенко Ю.К., Бузинов С.Н., Ахметов Б.Г., Казаков Б.О. и др.) показали, что содержание активного вспенивающего вещества должно составлять 1,5-3,0 % от веса скопившейся жидкости, которую требуется удалить. Наряду со сложностью с определением количества ПАВ, вводимых в скважину перед продувкой, существует ограничение по скорости потока, при которой может существовать пена. При скоростях потока газа больше 1-2 м/с пена разрушается.

Замена труб лифтовой колонны на трубы меньшего диаметра проводится для создания условий выноса воды из лифтовых колонн - увеличения скорости потока газа. После спуска в скважину труб меньшего диаметра скважины работают с меньшим дебитом, жидкость в НКТ не скапливается в течении непродолжительного периода, а затем условия для удаления воды снова ухудшаются. После глушения скважины её производительность уменьшается (Васильев Ю.Н., Бузинов С.Н., Облеков Г.И., Ли Г.С. и др.) В газоконденсатных скважинах замена НКТ на меньший диаметр более эффективна, чем в скважинах, эксплуатирующих сеноманские залежи, из-за того, что скважины эксплуатируются с большими депрессиями на пласт и при больших давлениях.

Одним из путей увеличения скорости газа по лифтовой колонне для обеспечения условий выноса жидкости является газлифт. Подъём жидкости из скважин при газлифте осуществляется посредством использования энергии закачиваемого газа или газа, поступающего из пласта (Сахаров В.А., Белов И.Г., Бузинов С.Н., Медко В.В., Харитонов А.Н. и др.). Подъем жидкости газом сопровождается проскальзыванием газа относительно жидкости. Это уменьшает эффективность процесса подъема. При непрерывном газлифте подача газа в затрубное пространство и подъём жидкости по трубам к устью скважины происходят постоянно, при периодическом  газ подается в затрубное пространство постоянно или периодически, а жидкость к устью скважины поднимается периодически.

Для уменьшения проскальзывания газа относительно жидкости в скважинах применяют плунжерный лифт (Минигазимов М.Г., Егоров П.И., Айрапетян М.А., Ланчаков Г.А., Ставицкий В.А., Шулятиков В.И., Медко В.В., Панасов Б.В. и др.). Плунжерный лифт возможно использовать в скважинах, в которых внутрение диаметры труб и стволового прохода фонтанной арматуры одного размера, отсутствуют расширения и сужения.

Одним из возможных путей расширения области применения поршневых технологий подъема жидкости - принудительный подъём поршня-плунжера с использованием лебёдок. В последние годы для подъема жидкости начинают применять свабирование. Изучением процессов свабирования и разработкой специального оборудования в разные годы занимались Храмов Р.А., Корнев В.П., Максутов Р.А., Валовский В.М., Валовский К.В. и др.. В монографиях Храмова Р.А., Валовского В.М., Валовского К.В. приводится обширный перечень технической литературы и патентов по вопросам свабирования.

Процесс свабирования заключается в периодическом опускании в скважину сваба – герметичного поршня - на канате лебедки под уровень жидкости, а затем подъёме его с жидкостью к устью скважины с большой скоростью. В газовых скважинах России свабирование практически не используется из-за опасности выброса сваба подпирающим газом и из-за частых застриваний сваба. В США свабирование используется очень широко. Как правило его используют осенью, когда увеличивается спрос на газ и требуется удалить жидкость после летнего простоя скважины.

Недостатком свабирования является его высокая энергоёмкость, необходимость использования мощной лебёдки с тросом большого диаметра, истирание уплотнения сваба, и как следствие обратное стекание жидкости к забою скважины. Кроме того, свабирование сопровождается потерями газа и жидких углеводородов.

Во второй главе рассмотрен комплекс вопросов, связанных с разработкой нового процесса подъема жидкости газом по технологии, получившей название «комбигазлифт», специальное оборудование, разработанное для осуществления технологии и регламент на применение комбигазлифта.

В задачи исследования входила разработка технологии удаления жидкости из скважин и оборудования для ее реализации.

Комбигазлифт - процесс подъёма жидкости из скважин, в котором подъём жидкости, производится газом, а по лифтовой колонне перемещают на проволоке с помощью лебедки негерметичный поршень-разделитель. Газ, проходящий через зазор между разделителем и лифтовой колонной, препятствует стоку жидкости к забою скважины относительно разделителя.

Периодически разделитель спускают по колонне лифтовых труб под уровень жидкости, а затем поднимают со столбом жидкости над ним. Опускается разделитель за счет усилия собственной массы, а поднимается с использованием лебедки. Жидкость через боковые отводы фонтанной арматуры отводится в систему сбора (или на факельную линию). Цикл подъема жидкости с помощью комбигазлифта показан на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема работы комбигазлифта

Утечка жидкости через зазор во время подъема разделителя уменьшается за счет «газопакерующего эффекта». При определенных режимах подъема разделителя жидкость полностью выдувается из зазора. Площадь кольцевого зазора может составлять до 50 % от площади проходного сечения лифтовой трубы. Для выполнения этого условия в скважине необходимо поднимать разделитель со скоростью, меньшей средней скорости газа по трубе. В качестве разделителя могут использоваться глубинные приборы, шаблоны для калибровки лифтовых колонн и специально разработанное оборудование.

В состав комплекса оборудования комбигазлифта, помимо разделителя, входит лебедка с тяговым органом (проволокой) и лубрикатор. Результаты и опыт проведения стендовых и промысловых исследований потребовали особого внимания к каждому из перечисленных элементов оборудования.

Лебедка является одним из основных устройств комплекса оборудования для комбигазлифта. Обрыв проволоки во время проведения спуско-подьемных операций является достаточно распространенной ситуацией в практике эксплуатации нефтяных и газовых скважин. От проволоки в первую очередь зависит надежность работы всего комплекса оборудования. В работе рассмотрены вопросы, связанные с влиянием изгибающих и растягивающих усилий на продолжительность работы проволоки в составе промыслового оборудования в зависимости от диаметров барабана лебедок и оттяжных роликов, влияние количества роликов и материала проволоки на продолжительность работы. Проиллюстрирована степень влияния перечисленных выше факторов на цик­лическую долговечность проволоки в процессе эксплуатации Увеличение диа­метра ролика существенно увеличивает срок службы проволоки. Количество циклов изгибающих усилий проволоки диаметром 2,2 мм, до зарождения трещины, в случае увеличения диаметра ролика от 180 до 300 мм обеспечивает возрастание в 5 раз при знакопе­ременном и в 20 раз при одностороннем изгибе проволоки. В свою очередь, увеличение диаметра проволоки от 1,8 до 3 мм при фиксированном значении диаметра ролика Dp=240 мм вызывает снижение, долговечности в 4 раза при пульсирующем и в 12 раз при симметричном ре­жиме работы проволоки. Уменьшение количества оттяжных роликов и увеличение диаметра барабана лебедки существенно продлевает продолжительность периода работы проволоки до разрыва. Установлено, что при использовании полированной проволоки диаметром 1,8 мм и оттяжных роликов диаметром 300 мм до зарождения трещины, проволока выдержит минимум 4000 циклов изгиба.

Для установок комбигазлифта нами был разработан комплекс для подъема разделителя без промежуточных направляющих роликов, а также специальный мобильный лубрикатор с наклоняемым корпусом и многокорпускным узлом уплотнения проволоки, выдерживающий большое количество спускоподъемных операций.

Основным условием, необходимым при подъеме жидкости по технологии комбигазлифта, является создание герметичного динамического уплотнения кольцевого зазора между корпусом разделителя и трубой с использованием потока газа.

Для расчета скорости подъема разделителя (v2), при которой образуется газопакерующий эффект, предложено использовать соотношение скоростей газа по лифтовой колонне (v) и приведенную к площади сечения труб лифтовой колонны скорость газа (), протекающего относительно клапанного разделителя (1).

(1)

где: v2 - скорость подъема клапанного разделителя; v; v2* - скорости соответственно: газа (средняя) в трубе; приведенная к сечению трубы скорость газа проходящего относительно клапанного разделителя; Sтр - площадь проходного сечения трубы; ; – объемные расходы газа: по трубе; обтекающего разделитель по зазорам, относительно разделителя во время подъема, в количестве достаточном для создания газопакерующего эффекта (динамическая характеристика разделителя соответствующая минимальному расходу газа необходимому для удержания без утечки жидкости находящейся выше разделителя определяется опытным путем).

Расход газа, при котором образуется газопакерующий эффект, используется соотношение (2)

(2)

В реальной скважине на забой поступает газ и жидкость, поэтому скорость подъема разделителя со столбом жидкости определяется с учетом объема жидкой фазы (3).

(3)

где: - приток жидкости в лифтовую колонну.

В газовых скважинах, в которых объемы поступающей в лифтовую клонну жидкости и газа несоизмеримо малы, скорость подъема разделителя должна быть меньше скорости потока газа, поступающего по трубе, и меньше скорости, при которой возможны отказы в работе комплекса, обеспечивающего подъем разделителя () (4)

(4)

Где - скорость движения разделителя, при которой не происходит отказов оборудования участвующего в процессе спуска/подъема разделителя.

Расход газа проходящего через зазор зависит от средней скорости потока газа, при которой жидкость выдувается из зазора и площади проходного сечения зазора (5)

(5)

- скорость потока газа в зазоре (минимальная), при которой жидкость находящаяся выше разделителя во время подъема, выдувается из зазора; - площадь проходного сечения кольцевого зазора между разделителем и трубой.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Руководство по обогащению отсевов дробления и разнопрочных каменных материалов предложены технологии и оборудование для "сухого"' и "мокрого" обогащения отсевов дробления и разнопрочных каменных материалов,

    Руководство
    Предложены технологии и оборудование для "сухого"' и "мокрого" обогащения отсевов дробления и разнопрочных каменных материалов, разработанные Союздорнии, СКВ Главстройпрома, ВНИИнерудом, Союзгипронерудом, ВНИПИИстромсырье,
  2. Я. В. Вакула Нефтегазовые технологии Учебное пособие

    Учебное пособие
    В 14 Нефтегазовые технологии: Учебное пособие по дисциплине «Нефтегазовые технологии» для студентов, обучающихся по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии в нефтяной и газовой промышленности», очной и заочной форм обучения.
  3. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин

    Рабочая программа
    1. Рабочая программа составлена на основе ГОС ВПО РФ по направлению 130500 «Нефтегазовое дело», утверждённого 07.03.2 г. протокол тех/бак № 14 и ОС ВПО ТПУ (СТП ТПУ 2.
  4. Курсовой проект должен состоять из расчётно-пояснительной записки (включая введение) и графической части. Расчетно-п

    Курсовой проект
    Курсовое проектирование по предмету "Эксплуатация неф­тяных и газовых скважин" для студентов специальности 0906 "Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений" проводится после окончания основного объема теоретического
  5. Тезисы Одесский национальный университет имени И. И. Мечникова

    Тезисы
    Бектурганов С.Н., Суркова Т.Ю., Павлов А.В., Юлусов С.Б. Термодинамические исследования поведения редкоземельных элементов в процессе выщелачивания урансодержащих руд

Другие похожие документы..