ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. Содержание Значение нефти и газа в топливно энергетических ресурсах страны
 Скачать 142.7 Kb.
|
|
Содержание 1. Значение нефти и газа в топливно - энергетических ресурсах страны. Топливно-энергетические ресурсы – основа развития любого индустриального общества – это и транспорт, и промышленность, и сельское хозяйство и жизненный уровень людей. Что, в свою очередь, предусматривает наличие источников энергии в достаточном количестве. Примерно половина всей энергии, потребленной человечеством на протяжении 2000 лет, приходится на последнее столетие. И потребление энергии продолжает расти. Ежегодное энергопотребление увеличивается быстрее, чем растет население Земли, и составляет в настоящее время в среднем 2,5–3,0 т у.т. на человека. Если в середине 19 века мировое энергопотребление на 3/4 покрывали дрова и отходы сельского хозяйства, то уже к началу 20 века дрова были вытеснены из мирового топливно-энергетического баланса (ТЭБ) углем. Таким образом, в начале 20 века основным источником энергии в мире было твердое топливо. Нефть и газ играли незначительную роль в мировом ТЭБ. С расширением поиска и увеличением добычи нефти и газа, а также с развитием трубопроводного транспорта, роль этих источников энергии, в силу их исключительных достоинств, стала неуклонно расти. Если в 1930 г. уголь обеспечивал 1/2 всей потребности в энергии, то, начиная с 30-х годов 20 века, началось снижение его доли в мировом ТЭБ. Уголь начал вытесняться нефтью и газом. Это было вызвано в первую очередь изобретением двигателя внутреннего сгорания и развитием транспорта. В 50–60-е годы 20 века прирост доли нефти и газа в мировом ТЭБ происходил быстрыми темпами. К середине 60-х годов 20 века доля нефти и газа в мировом ТЭБ превысила долю угля. К 1965 году доля угля составила 39 %, нефти – 34 %, газа – 16–17 %. В 80-е годы эти темпы замедлились, и в последующие годы наблюдалась обратная картина – постепенное снижение доли нефти в ТЭБ. Такая тенденция сохраняется до настоящего времени и на ближайшую перспективу (табл. 1). Таблица 1. Изменение доли источников энергии в мировом топливно-энергетическом балансе (%)
В то же время, если в начале 20 века мировое энергопотребление не превышало 1 млрд т у.т. в год, то в 2000 году оно вышло на уровень 16–17 млрд т у.т. в год. Это, в свою очередь, заставляет обращать внимание на обеспечение полного удовлетворения потребности в природных энергоресурсах. В настоящее время, по сравнению с 80-ми годами 20 века, налицо некоторое снижение доли нефти и газа в мировом ТЭБ. Это связано, в первую очередь, с мировым энергетическим кризисом 70-х годов. До этого времени добыча и потребление нефти происходило в резком несоответствии с их удельным весом в общем объеме ископаемых источников энергии. В настоящее время доля нефти в мировом ТЭБ превышает ее долю в разведанных запасах источников энергии в 3 раза, газа – в 2 раза. Доля угля в запасах, наоборот, в 2 раза превышает его долю в потреблении. Мировые разведанные запасы угля составляют 700 млрд т, а потребление 4,5–5 млрд т. Разведанные запасы нефти (данные на 1995 г.) – 137 млрд т, потенциальные запасы оцениваются в 250 млрд т, потребление нефти – 3 млрд т/год. Разведанные запасы газа – 141 трлн м3, потенциальные запасы – около 200 трлн м3, потребление – 2 трлн м3/год. Следует отметить, что роль нефти и газа в мировом ТЭБ будет и далее снижаться. Центр тяжести в энергопотреблении начнет смещаться в сторону восполняемых источников энергии. Это энергия солнца, ветра, приливов, а также ядерная энергия. В перспективе – термоядерная энергия. В топливно-энергетическом балансе наблюдается устойчивый рост потребления ядерной энергии. И это не удивительно: 1 кг урана-235 имеет теплотворную способность в 3 миллиона раз выше, чем 1 кг условного органического топлива (1 кг у.т. выделяет при сгорании 29,3 МДж или 7000 ккал). Однако экологические проблемы использования атомных электростанций (возможные аварии, проблемы захоронения отходов) заставляют задуматься о надежности АЭС и пересмотреть прогнозы темпов их развития. Преобладание того или иного энергоносителя в различных странах определяется наличием запасов природных источников энергии, близостью к странам, богатым теми или иными органическими ископаемыми и т.п. По запасам нефти и природного газа Россия занимает одно из первых мест в мире, однако районы их залегания расположены в районах с суровыми климатическими условиями (Крайний Север, Восточная Сибирь, шельфы морей). Дефицит нефти и газа выдвинул на первый план задачу использования высоковязких нефтей и природных битумов. Во многих странах мира уже с начала 80-х годов ведутся работы по добыче таких нефтей и подготовке их к переработке. В нашей стране сосредоточено 36 % мировых запасов угля. Однако его доля в топливно-энергетическом балансе страны не превышает 13 %, в то время как в США она составляет 56 %, Германии – 55,1 %, Польше – 91 %. Даже в Японии эта доля составляет 20 %. Такой подход высвобождает нефть как ценное сырье для получения высококачественных продуктов, потребление которых на душу населения определяет жизненный уровень населения страны. Хотя и, безусловно, использование угля в качестве топлива влечет за собой дополнительные затраты на очистку от вредных выбросов, количество которых вдвое больше, чем при использовании нефти. Тем не менее, в настоящее время наблюдается все большее понимание необходимости замены невосполнимых источников энергии на возобновляемые и использование ценного углеводородного сырья (нефти, газа) для получения продуктов газо- и нефтехимии. 2. Баланс энергии в скважине. Сущность, условия и виды фонтанирования. Основным процессом в добыче нефти является процесс подъема на поверхность газожидкостной смеси от забоя скважины. Исходя из этого, можно сформулировать основную задачу эксплуатации скважин - осуществление процесса подъема продукции скважин с наибольшей эффективностью и бесперебойно. Подъем нефти в стволе скважины может происходить либо за счет природной энергии нефтяной залежи Wn, либо за счет энергии искусственно вводимой в скважину с поверхности Wu, либо за счет пластовой и искусственно вводимой в скважину с поверхности энергий Wn+ Wu. Так как процесс движения продукции скважин от забоя до поверхности связан с определенными потерями, то сам процесс подъема возможен лишь при определенном соотношении энергии, которой обладает продукция скважины, и потерь энергии при ее движении. Основными видами потерь при движении газожидкостной смеси в скважине являются: 1. Потери энергии на преодоление веса гидростатического столба жидкости или смеси, Wгс (без учета скольжения газа). 2. Потери энергии, связанные с движением ее по подъемным трубам и через устьевое оборудование, W лс. 3. Потери энергии за счет поддержания противодавления на устье скважины, необходимого для продвижения продукции скважины по наземным трубопроводам, Wу. Эта составляющая энергетического баланса не принимает никакого участия в процессе подъема, а представляет энергию, уносимую потоком жидкости за пределы устья скважины. Отсюда баланс энергии в работающей скважине можно записать в виде: (1)  Потери энергии, связанные с движением смеси по подъемным трубам и через устьевое оборудование Wлс, - потери на трение, связанные с движением смеси по трубе Wmр, и потери на трение, связанные с относительным скольжением газа в жидкости Wck; - потери на местные сопротивления (движение смеси через муфтовые соединения труб и через устьевую арматуру) Wmc - инерционные потери, связанные с ускоренным движением смеси Wин. С учетом этого выражение (1) может быть переписано следующим образом: (2)  Анализ исследований, проведенных в нефтяных скважинах, показывает, что составляющие Wмс Wuн настолько малы в общем балансе энергии, что ими можно без большой погрешности пренебречь. Тогда окончательно баланс энергии в скважине можно записать: (3)  Под фонтанной эксплуатацией понимается такой способ подъема продукции скважины от забоя на поверхность, при котором располагаемая энергия на забое W3a6больше или равна энергии, расходуемой на преодоление различных сопротивлений Wс на всей длине скважины в процессе подъема, т.е. W3a6≥ Wс. Основными источниками естественного фонтанирования являются потенциальная энергия жидкости Wжи газа Wг ,выделяющегося из нефти при давлении, меньшем давления насыщения. Таким образом, естественное фонтанирование осуществляется только за счет природной энергии Wn, которой обладает продукция скважины на забое Wзаб: (4)  В зависимости от соотношения забойного Рзи устьевого Ру давлений с давлением насыщения нефти газом Рнас можно выделить три вида фонтанирования и соответствующие им три типа фонтанных скважин. 1-й тип - артезианское фонтанирование: Рз>Рнас, Ру>Рнас, то есть фонтанирование происходит за счет гидростатического напора (рис. 1,а). В скважине происходит перелив жидкости, по трубам движется негазированная жидкость. В затрубном пространстве между НКТ 1 и обсадной колонной 2 находится жидкость. Газ выделяется из нефти за пределами скважины в выкидной линии. Такое фонтанирование встречается крайне редко и характерно для пластов с аномально высоким пластовым давлением.  Рис. 1. Типы фонтанных скважин а - артезианская; б - газлифтная с началом выделения газа в скважине; в - газлифтная с началом выделения газа в пласте; 1 - подъемные трубы;2 - эксплуатационная колонна. 2-й тип - газлифтное фонтанирование с началом выделения газа в стволе скважины: Рз >Рнас>Ру(рис. 1, б). В пласте движется негазированная жидкость, а в скважине, начиная с интервала, где давление становится равным давлению насыщения, движется газожидкостная смесь. По мере приближения к устью давление снижается, увеличивается количество свободного газа, происходит его расширение, растет газосодержание потока, то есть фонтанирование осуществляется по принципу работы газожидкостного подъемника. При давлении у башмака НКТ Р>Рнасв затрубном пространстве на устье находится газ и затрубное давление Рзатробычно небольшое (0,1-0,5 МПа). Такой вид фонтанирования присущ большинству фонтанных скважин. 3-й тип - газлифтное фонтанирование с началом выделения газа в пласте: Рнас>Р3(рис. 1, в), в пласте движется газированная жидкость, на забой к башмаку НКТ поступает газожидкостная смесь. После начала притока основная часть газа увлекается потоком жидкости и поступает в НКТ. Часть газа отделяется и поступает в затрубное пространство, где он накапливается, при этом уровень жидкости снижается и достигает башмака НКТ. Со временем наступает стабилизация и уровень устанавливается у башмака НКТ. Затрубное давление газа, как правило, высокое, почти достигает значений Р1и Р3. Чем меньше расход и вязкость жидкости, больше расход газа у башмака, зазор между НКТ и эксплуатационной колонной, тем больше газа сепарируется в затрубное пространство. 3. Подготовка и распределение газа при газлифтной эксплуатации. |