Лекция ТТДНГ. ЛЕК РУС (1). Конспект лекций по дисциплине Технология и техника добычи нефти и газа Образовательная программа 6В07203 Нефтегазовое дело
 Скачать 3.34 Mb.
|
|
Некоммерческое акционерное общество Карагандинский технический университет Асанова Ж.М. Конспект лекций по дисциплине «Технология и техника добычи нефти и газа» Образовательная программа 6В07203 – Нефтегазовое дело Горный факультет Кафедра Разработки месторождении полезных ископаемых К  араганда 2021Содержание Лекция 1. Принципиальная схема, классификация и состав оборудования для добычи нефти и газа. 3 Лекция 2. Оборудование эксплуатационной скважины. Конструкция скважины 10 Лекция 3. Оборудование для эксплуатации скважин фонтанным и газлифтным способами 20 Лекция 4. Оборудование для эксплуатации скважин насосами с механическим приводом 27 Лекция 5. Механический привод штанговых скважинных насосных установок 36 Лекция 6. Бесштанговые гидропоршневые насосные установки. 47 Лекция 7. Структура подземного ремонта и освоения скважин. Классификация применяемого оборудования. 54 Лекция 8. Средства механизации спуско-подъемных операций 61 Лекция 9. Подъемники для СПО при текущем, капитальном ремонтах и освоении скважины 80 Лекция № 10. Агрегаты для текущего ремонта скважин и внутрискважинных работ 85 Лекция № 11. Агрегаты, установки и инструмент для капитального ремонта, освоения и промывки скважин 88 Лекция № 12. Оборудование для нагнетания воды в пласт 92 Лекция № 13. Оборудование для теплового воздействия на пласт 97 Лекция № 14. Системы сбора и подготовки нефти и газа 102 Список литературы: 109 Лекция 1. Принципиальная схема, классификация и состав оборудования для добычи нефти и газа.Основные понятия и термины: Скважина — горная выработка круглого сечения, пробуренная с поверхности земли или с подземной выработки без доступа человека к забою под любым углом к горизонту, диаметр которой намного меньше её глубины. Адсорбент – твердое или жидкое вещество, поверхность которого способна поглощать из окружающей среды газообразные или находящиеся в растворе вещества. Существуют природные или искусственные адсорбенты, среди которых – глины, породы, содержащие аморфную кремнекислоту (трепел, опока), специально подготовленный активированный уголь. Алевриты — осадочные обломочные рыхлые породы, или современные осадки, состоящие из зерен размером от 0,01 до 0,1 мм. Алмазный инструмент — буровые долота и другие инструменты, режущие кромки которых укреплены для повышения их твердости техническими алмазами. Баррель — измерения добычи нефти и нефтепродуктов. 1 баррель = 42 американским галлонам = 159 литрам; 7,3 барреля = 1 тонне нефти; 6,29 баррелей = 1 м3. Баржа — несамодвижущееся судно, используемое в качестве базы для бурового оборудования при подводной прокладке трубопроводов или транспортировке нефти и нефтепродуктов на короткие расстояния. Башмак — короткий, толстостенный, стальной патрубок, длиной около 0,5 м, имеющий в верхней части винтовую резьбу для присоединения к основанию колонны обсадных труб. Нижний конец башмака имеет внутренний скос для направления к центру скважины муфт замков и долота. Наружный скос башмака предназначен для устранения задевания торца башмака за стыки обсадных труб смежных колонн и неровности стоек скважины. Вязкость — способность жидкости течь при определенной температуре. Газоконденсат — жидкие углеводороды, встречающиеся в соединении с природным газом Залежь нефти и газа — единичное скопление нефти и газа, заполняющее некоторый объем горных пород, называемый «ловушкой». Забой скважины — самая нижняя часть ствола скважины, находящейся в бурении или эксплуатации. Ловушка — объем горных пород, в котором изменение проницаемости способствует накоплению и сохранению нефти и газа. Устье скважины (шахты, шурфа и других горных выработок) — начало этих выработок на земной поверхности. Устье скважины закреплено соответствующими обсадными трубами и оборудовано устройствами (превентор, задвижки и т.п.), необходимыми при бурении или эксплуатации скважин. Нефтяной пласт - это горная осадочная порода, имеющая скопления капиллярных каналов и трещин с большой поверхностью. Эта порода пропитана водой, нефтью и газом. Нефть и газ превратились в главные источники энергетической мощи человеческого общества и в важнейший источник химического сырья. Обеспеченность государства нефтегазовым сырьем предопределяет уровень экономического развития страны, темпы технического прогресса. В начале XX века в мире добыча нефти составляла несколько млн. тонн, газ не добывался. В СССР в 1983 г. добывалось 2,7 млрд. т нефти , 2*103 млрд. т газа. В становлении нефтедобывающей промышленности выделяют три периода: 1 период – малое потребление, небольшое количество месторождений, небольшая глубина скважин, малая вязкость нефти, отсутствие агрессивных сред и воды. Способ добычи – фонтанный. Газ не добывался, а попутный не использовался. 2 период – потребность увеличилась, условия добычи усложнились, коллекторы расположены на больших глубинах 100  n, n=1 10 с более сложными геологическими условиями. Возникла проблема эффективного подъема нефти по скважине после окончания фонтанирования и ряд других проблем (сбор, перекачка, сепарация, очистка, хранение, транспорт). Для этого были разработаны технологии подъема газлифтным, насосным способами и др. началось создание и внедрение новых видов техники – машин и оборудования для разработки нефтяных месторождений и добычи нефти. На этом этапе началась утилизация нефтяного газа. Было создано и внедрено оборудование для эксплуатации скважин фонтанным способом, оборудование для газлифтной эксплуатации скважин с мощными компрессорными станциями, установки для эксплуатации скважин штанговыми и бесштанговыми насосами, оборудование для сбора, перекачки, разделения продукции скважин.3 период – дальнейший технический прогресс общества потребовал увеличение использования нефти и газа. Поменялся топливно-энергетический баланс. В 1980 г. в СССР доля нефти и газа в топливно-энергетическом балансе составила 44% и 26%. Увеличилась потребность в них в химической промышленности. Это потребовало вовлечение в разработку глубокозалегающих нефтяных и газовых месторождений с нефтью высоких вязкостей, с большим содержанием агрессивных сред, воды, со сложными геологическими условиями и неблагоприятными условиями работ. Таким образом, данный этап характеризуется резким усложнением добычи нефти и газа. Для этого были разработаны технологии форсированного отбора жидкости, эксплуатации глубоких скважин, более совершенного разделения пластовой жидкости и газа, деэмульгирования, обессоливания, обезвоживания нефти и газа. Были разработаны технологии по обработке призабойных зон пласта и воздействия на пласты в целом; процессы увеличения проницаемости пласта, снижение вязкости пластовой жидкости, поддержание и восстановление пластового давления. Всё это потребовало создания и внедрения большого числа новых машин и оборудования, а это привело к созданию на промыслах служб обеспечения работоспособности этих машин. Были созданы сложные комплексы для ремонта и обслуживания оборудования скважин и средств их эксплуатации. В результате современный нефтегазовый промысел превратился в объект насыщенный техникой, автоматизированного управления и регулирования, позволяющий выполнять десятки сложных взаимосвязанных процессов. Всё это привело к формированию новой отрасли промышленности – нефтегазового машиностроения. В сложившихся условиях эта отрасль имеет решающее значение, а от того на сколько она эффективна полностью зависит функционирование нефтегазодобывающей промышленности. Одновременно с созданием нефтегазодобывающей промышленности и нефтепромыслового машиностроения формировалась наука в области их создания и сегодня она превратилась в самостоятельную область технических наук. Дальнейшее развитие нефтедобывающей отрасли связано с вовлечением в разработку всё большего числа мелких месторождений, месторождений со значительными глубинами скважин, с нефтью высоких вязкостей, насыщенной агрессивными средами. Оно связано с освоением месторождением на Крайнем Севере. Возникает необходимость: увеличить нефтеотдачу пластов, до разработки истощенных и разрабатываемых месторождений. Всё это требует обеспечения нефтегазодобывающей промышленности машинами необходимой номенклатуры с нужными параметрами в необходимом количестве. Особое значение имеет повышение эффективности использования существующего парка машин и оборудования, изучением которых мы займемся. Функциональная схема комплекса машин и оборудования для добычи нефти и газа Нефтяные, газовые или газоконденсатные месторождения эксплуатируют с помощью машин, оборудования, сооружений, агрегатов, инструментов функционально связанных между собой и объектом эксплуатации и разработки. Таким образом, под понятием нефтяного или газового промысла следует рассматривать систему, сочетающую как геологическое образование, так и комплекс инженерных средств.  Функциональная схема нефтегазового промысла: 1 — скважины для нагнетания в пласт воды; 2 — скважина для нагнетании в пласт газа; 3 — система сбора пластовой жидкости и газа и их разделения на нефть, газ, воду; 4 — насосные станции; 5 — компрессорные станции; 6 — система поддержания пластового давления нагнетанием в пласт воды и газа; 7 — нефтяные скважины; 8 — газовая шапка; 9 — нефтенасыщенная часть пласта; 10 — водонасыщенная часть пласта; 11 — комплекс оборудования для воздействия на пласт с целью интенсификации добычи и увеличения нефтегазоотдачи путем увеличения проницаемости коллектора и снижения вязкости пластовой жидкости; 12 — комплекс оборудования для текущего ремонта скважин; 13 — комплекс оборудования для капитального ремонта скважин; 14 — оборудование для эксплуатации скважин. Нефтегазоносная залежь показана в виде антиклинальной структуры, содержит нефть, подпираемую на крыльях пластовой водой, а в сводной части – газовую шапку. Пласт эксплуатируют скважинами, часть которых называют нефтяными они служат для извлечения пластовой жидкости, а часть для нагнетания в пласт воды и газа (в шахту). Этот комплекс скважин важнейший. Для подъема по скважине пластовой жидкости используют комплекс другого оборудования – оборудования для эксплуатации скважин (14). Пластовую жидкость содержащую кроме нефти воду, газ механические примеси с помощью системы сбора собирают и разделяют на компоненты, после чего нефть обессоливают, обезвоживают и направляют потребителям. Из газа после первичной обработки получают сухой газ. Всё это выполняется комплексом механизмов ( 3 ).для интенсификации и более полного извлечения запасов нефти из пласта используют комплекс оборудования ( 11 ) (гидроразрыв, термообработка, кислотная обработка). Для поддержания пластового давления в пласт с помощью напорного и коммуникационного оборудования ( 6 ) закачивают воду и газ. Комплекс оборудования для эксплуатации морских и океанических шельфов содержат ещё и специфические виды оборудования. Одним из важнейших назначений этого типа оборудования является обеспечение кустовой эксплуатации, эксплуатации на глубине, над подвижными полями льда. Собственно скважина нефтяная и нагнетательная, подъемное или нагнетательное оборудование сохраняют работоспособность ограниченное время значительно меньшее периода разработки пласта, обычно называемое межремонтным. Поэтому эксплуатация каждой скважины циклична, прерывиста. Время, затрачиваемое на ремонт скважины – капитальный ремонт (13) или на ремонт внутрискважинного оборудования (текущий ремонт) (12) на каждой скважине определяется в зависимости от геологических условий и надежности оборудования. Из-за большого количества скважин на промысле и малого межремонтного периода, поддержание работоспособности оборудования и скважин требуются большие суммарные затраты труда, времени и материальных ресурсов. Всё это требует наличия серьёзной ремонтной службы. Классификация и состав машин, оборудования, сооружений и инструмента для добычи нефти и газа Оборудование, применяемое в комплексах, целесообразно квалифицировать исходя из технологического признака. Поэтому разделяют восемь главных групп, состоящих из подгрупп к которым и относятся конкретные технические средства. I группа. Оборудование эксплуатационной скважины, обеспечивающее её нормальное функционирование. Обсадные трубы – ствол скважины. Колонные головки –соединение нескольких скважин, пьедестал для спущенных в скважину средств. Фильтры в скважине для пластовой жидкости и газа. Клапаны отсекатели пласта – для предупреждения открытого, т.е. аварийного фонтанирования. Пакеры – для разделения скважины на участки и их герметизации. Прискваженные сооружения представляющие собой площадку в зоне устья скважин для её обслуживания и ремонта. II группа. Оборудование для эксплуатации скважин предназначенное для подъема из скважин пластовой жидкости и газа. Оборудование для фонтанных скважин (лифт, фонтанная арматура, манифольд). Газлифтное оборудование для эксплуатации скважины путем подачи сжатого газа к низу подъемника (компрессорные станции, холодильники, оборудование для подготовки газа, КИП, манифольды и т.д). Запорные устройства – один из наиболее часто применяемых видов оборудования, применяется во всех видах трубопроводов, манифольдов, подъемников и фонтанных арматур. Насосно-компрессорные трубы – широко применяются как для фонтанной, так и для газлифтной эксплуатации. Штанговые насосные установки с механическим приводом. Ими эксплуатируются  скважин (скважинный насос, насосные штанги, поверхностный привод, энергоустановка).Насосные установки с гидроприводом отличаются использованием гидравлического преобразователя вместо механического. Бесштанговые установки центробежных скважинных насосов предназначены для эксплуатации высокодебитных скважин (погружной насос с эл.двигателем и протектором, колонна насосных труб с токонесущим кабелем и поверхностная система управления). Бесштанговые электровинтовые насосы для скважин с малыми дебитами и большой вязкостью нефти. Бесштанговые гидропоршневые скважинные насосы для эксплуатации глубоких и наклонно направленных скважин (скважинный насос, поверхностный насос с приводом, НКТ и система подготовки рабочей жидкости). Оборудование для эксплуатации одной скважиной нескольких разных по характеристикам пластов, которое размещается в одном стволе и включает комплекс разнотипного оборудования (фонтанного, насосного) пакеры, подъемники. III группа. Оборудование для подземного ремонта, освоения и обработки скважин. Предназначено для поддержания в течении периода эксплуатации скважины её работоспособного состояния и ремонта спускаемого в неё эксплуатационного оборудования (капитальный и текущий ремонт). Подъемники для спускоподъемных операций с внутрискважинным оборудованием (лебедка, привод, талевая система, транспортная база). Стационарные грузоподъемные сооружения (вышки, мачты, стеллажи и т.д.). Спускоподъемные агрегаты на автомобилях, тракторах. Инструменты для СИО (элеваторы, штропы, помочи, спайдеры, манипуляторы (автоматические, механические, гидравлические, электрические) с электронным приводом). Оборудование для ремонта скважин под давлением. Ремонт скважин с высоконапорными пластами связан с возможностью фонтанирования. Для его предупреждения служит специальный подъемник для задавливания спускаемых труб, штанг и для герметизации устья скважины. Оборудование для ликвидации открытых фонтанов (оборудование для ремонта скважин под давлением в сочетании со специальными манипуляторами и противопожарной дистанционноуправляемой техникой). Оборудование для промывки скважин (промывочные агрегаты). Депарафинизационное оборудование (механические способы, термические). Оборудование для капитального ремонта скважин – целые установки аналогичные буровым установкам. Они позволяют вести бурение, цементаж, исправление скважин, их освоение, имеют – вышку, привод, насос, талевую систему, транспортную базу и т.д. Инструмент для капитального ремонта скважин предназначен для ликвидации аварий внутри скважин, направления ствола и извлечения из него отдельных частей и т.д. Подгруппа оборудования для внутрискважинных работ. В процессе работ возникает необходимость замены пакеров, клапанов-отсекателей, возникает необходимость измерений температур, давлений и т.д. всё это выполняется с помощью специализированных агрегатов, приспособлений и инструмента. IV группа. Оборудование и сооружения для интенсификации добычи нефти и газа и для увеличения нефтегазоотдачи пласта. Оборудование для подготовки воды (водозабор, система отстоя, химическая и бактериальная обработка). Оборудование насосных станций – насосы, приводы, энергетическое хозяйство. Оборудование для нагнетания газа в пласт – компрессорные станции, системы подготовки газа, энергетическое хозяйство, КИП. Оборудование и коммуникационные сооружения – сети трубопроводов, распределительных устройств, системы управления распределением воды и газа. Оборудование для гидроразрыва и кислотной обработки пласта (улучшение проницаемости). Состоит из комплекса насосных агрегатов высокого давления насосных смесительных автоцистерн и др. Оборудование кислотной обработки – комплекс систем с кислотой, насосных агрегатов и обвязки. Оборудование для термического воздействия на пласт. Применяется с целью прогрева пласта и снижения вязкости пластовой жидкости. К нему относятся – водонагреватели, парогенераторы, оборудование для подогрева зоны фильтра скважины, нагнетатели разных типов. V группа. Оборудование и сооружения для сбора продукции скважин, ее разделения, измерения и первичной обработки. Оборудование и сооружения для разделения для жидкости на нефть, газ и воду (отстойники, сепараторы с обвязкой и средствами перекачивания и регулирования). Оборудование и сооружения для подготовки товарной нефти (обезвоживание, обессоливание, деэмульгирование). Сюда относятся аппараты, системы подогрева, обвязка, запорная арматура, электрооборудование и т.д. Перекачивающее оборудование состоит из насосных и компрессорных установок, КИП, обвязки, запорной арматуры и средств автоматизации. Оборудование для хранения нефти. Товарные - основным сооружением которых являются резервуары с замеров, перекачки и т.д. Трубопроводные коммуникации связывающие в единую систему скважины, насосные и компрессорные установки с остальным оборудованием группы. Оборудование для подготовки и первоначальной переработки газа на газоканденсатных и газовых месторождениях. Относятся различные аппараты и установки для технологических процессов в результате которых получают сухой газ и сырье для химической промышленности. VI группа. Оборудование для эксплуатации морских нефтегазовых и газовых промыслов. Отличается высокой сложностью, большой номенклатурой, уникальными размерами и высокими темпами совершенствования. Кустовые стационарные платформы разных типов служат для размещения комплекса технических средств, расположения устьев куста скважин. Центральные стационарные платформы для размещения комплекса оборудования, связывающего кустовые платформы в единую систему. Опоры стационарных платформ – сооружения несущие стационарную платформу. Блоки оборудования (модули) размещенного на платформах. Оборудование для эксплуатации скважин функционально аналогично обычному (фонтанные и газлифтные), устьевое – отличается. Подводное оборудование – подводное устьевое оборудование скважин, а также всё оборудование размещенное между поверхностями дна и воды. Оборудование для беспричального налива нефти. Береговые сооружения и установки. Флот спецобслуживания, водолазные комплексы - аналогичны применяемым в других отраслях. Однако отличаются исполнением, характеристиками, отражающими специфику морских промыслов и технологическими процессами в условиях морского шельфа. VII группа. Оборудование ремонтно-механической службы – необходимые сооружения, станки и механизмы для обеспечения работоспособности всего комплекса промысла. VIII группа. Оборудование службы энергетики – энергетические установки сети трубопроводов. Из приведенного перечня систематизированных групп оборудования видно насколько велика номенклатура применяемого для добычи нефти и газа оборудования. |