Оглавление:
Метод фонтана — использование внутренней энергии месторождения
Что является движущей силой добычи нефти в пластовых условиях?
Как долго скважина может давать воду?
В этой статье я кратко расскажу об основных методах добычи нефти. Нефть залегает в слоях пористых пород (аккумуляторах). Именно в этих аккумуляторах она и скапливается. Второе обязательное условие — аккумуляторы должны быть покрыты непроницаемой для нефти и газа мембраной, иначе газ испарится, и нефть в конечном итоге превратится в битум.
Чтобы добыть нефть, нужно пробурить скважину. Скважина попадает в нефтеносный пласт, и вот тут начинается самое интересное: нефть нужно как-то поднять на поверхность.
Как нефть появляется на Земле? (Часть 1)
Существует три основных способа добычи нефти (скважинной добычи): фонтанный и механизированный (насосный). Также иногда применяется газлифт, который не использует насосы, но требует подачи внешней энергии. Поэтому газлифт можно считать переходным методом между фонтанным и механизированным способами добычи.
Метод фонтана — использование внутренней энергии месторождения:
При разработке нового нефтяного месторождения нефть в нём, как правило, находится под высоким давлением. Давление в пласте называется пластовым, а давление в скважине – забойным. Как правило, в закрытой скважине эти значения совпадают. В скважине, работающей в штатном режиме, пласт испытывает депрессию – забойное давление ниже пластового. И наоборот, в закрытой скважине пласт испытывает депрессию – забойное давление выше пластового. Если пластовое давление достаточно высокое, оно может преодолеть сопротивление атмосферного давления и вытеснить нефть. В этом случае образуется нефтяной фонтан.
Что является движущей силой добычи нефти в пластовых условиях?
1. Модель с крышкой бака:
В частности, антиклинальные (куполообразные) месторождения имеют в верхней части заполненную газом область — газовую шапку.
Как мы все знаем, газ обладает высокой сжимаемостью. При эксплуатации нефтяной скважины газ начинает расширяться, и это движущая сила, выталкивающая нефть через ствол скважины на поверхность.
В этом случае добыча нефти на месторождении ведется таким образом, чтобы предотвратить преждевременную утечку природного газа из пласта, он включается в государственный баланс запасов и извлекается после добычи нефти.
2. Модель растворенного газа:
Помимо газовой шапки, нефть также содержит растворённый газ. Более высокое давление увеличивает количество растворённого газа. Отношение объёма растворённого газа к объёму или массе нефти при стандартных условиях называется газовой фракцией (ГФ). Например, если ГФ составляет 50 кубических метров на тонну, это означает, что в каждой тонне нефти (при стандартных условиях) растворено 50 кубических метров газа.
При падении давления газ начинает подниматься в виде пузырьков, увлекая за собой нефть. Важно обеспечить достаточное количество пузырьков и их размер, иначе будет подниматься только газ, а жидкость не будет подниматься.
Природный газ, добываемый вместе с нефтью, называется попутным газом. Попутный газ похож на обычный природный газ, но отличается более высокой концентрацией. В частности, он содержит больше сжиженного углеводородного газа (СУГ, широкая фракция лёгких углеводородов с высоким содержанием пропана и бутана) и конденсата (пентана и высших углеводородов). Попутный газ является ценным сырьем для нефтехимической промышленности и источником получения пропан-бутановых смесей, используемых в качестве топлива для газовых двигателей.
3. Режим давления воды:
В этом режиме основной движущей силой вытеснения нефти к забою добывающей скважины является давление приконтурной воды. Вода присутствует на дне залежи либо в виде остаточной воды из пласта, либо в виде постоянного притока приконтурной воды, которая связана с поверхностью и поступает из таких источников, как талая и дождевая вода.
Это наиболее эффективный режим эксплуатации месторождения, и его эффективное использование позволяет извлекать из пласта большие объёмы нефти. Однако длительная эксплуатация возможна только при одном условии: непрерывной внешней закачке воды через систему нагнетательных скважин (систему поддержания пластового давления), в противном случае источник энергии быстро иссякнет.
4. Упругое давление воды:
В этом режиме вытеснение нефти происходит за счёт упругого расширения самой нефти, воды, окружающей пласт, и каркаса пласта. Это означает, что под воздействием вышележащей породы нефть, жидкость и каркас породы сжимаются, хотя и незначительно. Упругость жидкости и самого пласта очень мала. Однако при большой гидравлической системе и высоком пластовом давлении большие объёмы жидкости могут быть вытеснены из пласта в скважину за счёт расширения жидкости и уменьшения объёма пор (трещин). Упругие свойства жидкости и пласта характеризуются коэффициентами сжимаемости жидкости и пласта соответственно. Существует также гравитационный режим, но он не обеспечивает достаточной энергии для подъёма нефти.
Как долго скважина может продолжать фонтанировать?
Это полностью зависит от месторождения и метода добычи. Как правило, чем моложе месторождение, тем больше на нём скважин. Однако энергия быстро истощается, в течение месяцев или даже лет, что вынуждает использовать механизированные методы добычи, которые всегда более дороги. Есть исключения, например, Тенгизское нефтяное месторождение в Казахстане, которое фонтанировало как минимум 21 год (1991-2010). Нефть, возможно, всё ещё добывается, но мы давно не видели никакой информации об этом.
Новые скважины на старых месторождениях также действуют как фонтанирующие скважины. Однако они, как правило, не подключены к основному нефтепроводу, поскольку тот находится под давлением, обычно около 20-25 атмосфер. Фонтанирующая скважина такого давления не создаёт, поэтому нефть из неё не течёт.
В таких случаях устанавливается газосепаратор для отделения газа от жидкости, сбора нефти в контейнер, а затем сжигания газа. Это, безусловно, чудовищная трата ресурсов, но в некоторых случаях дешевле сжечь попутный газ и заплатить штраф, чем собирать и использовать его.
Что произойдет, когда фонтанирующий колодец пересохнет?
Теперь оставалось только одно — перейти на глубинный штанговый насос для добычи нефти. Однако в некоторых случаях мгновенный переход на систему откачки может быть проблематичным. Например, на газовых и нефтяных месторождениях. Глубинные штанговые насосы для добычи нефти — это объёмные насосы, в основном плунжерные и центробежные. При высоком газовом коэффициенте насос будет заполняться воздухом, точнее, аэрироваться. Это означает, что рабочая камера заполняется газом, что приводит к сухому ходу насоса и его быстрому выходу из строя.
Для предотвращения этого на насосном агрегате устанавливается газосепаратор для удаления свободного газа. Другой способ – использование диспергатора, предназначенного для дробления газовых включений в пластовой жидкости с образованием однородной газожидкостной смеси, которая затем подается на вход погружного центробежного насоса.
Однако при высоком содержании газа это неэффективно. Поэтому в таких случаях применяется газлифт. Этот метод исключает необходимость спуска насоса и позволяет более эффективно использовать внутреннюю энергию растворённого в пласте газа. Газ закачивается с поверхности по системе трубопроводов в нижнюю часть насоса, где смешивается с жидкостью. Закачиваемый газ смешивается с газом, выделяющимся из пластового флюида, образуя газожидкостную смесь с плотностью, позволяющей существующему давлению на забое скважины быть достаточным для подъёма жидкости на поверхность через райзер.
В следующем разделе будут рассмотрены принципы работы штангового глубинного нефтяного насоса.
Если вам это показалось интересным, поставьте лайк и подпишитесь.