Вопрос 1. Основные объекты эксплуатационных скважин, требующие ремонта, и причины, вызывающие их ремонт.

Вопрос 3. Структура, характер и виды ремонтов в зависимости от назначения, способов и продолжительности эксплуатации скважин.

Подземный ремонт является одним из производственных процессов разработки месторождений углеводородов и в зависимости от цели, сложности и трудоемкости различают

- т е к у щ и й ремонт скважин,

- к а п и т а л ь н ы й ремонт скважин,

- операции по повышению н е ф т е о т д а ч и пластов.

Текущий ремонт (ТРС) – комплекс работ по исправлению или изменению режима работы внутрискважинного и устьевого оборудования, поддержанию скважины в работоспособном состоянии.

Капитальный ремонт (КРС) – комплекс работ по восстановлению конструкции и работоспособного состояния скважин, воздействию (локальное) на продуктивные пласты у забойной зоны, а также производство сложных работ, которые не могут быть выполнены посредством текущего ремонта.

- операции по повышению нефтеотдачи пластов (ПНП) – комплекс работ (совокупность технологий) объемного воздействия на залежи углеводородов путем нагнетания в них различных реагентов через специальные скважины с целью длительного улучшения характеристик извлечения нефти и газа.

Характер операций подземных ремонтов в значительной степени обусловлен назначением скважины и способом эксплуатации, поскольку определяется составом внутрискважинного и наземного оборудования и структурой отказов (причин ремонта), а также выбором технологий и средств их проведения. В скважинах различного назначения выполняются общие виды ремонтных операций и специфические, присущие определенному способу эксплуатации. Конструкции и состав подъемных колон в зависимости от назначения скважины, способов эксплуатации, глубины, температуры и характера применяемых технологий отличаются.

В фонтанных скважинах в состав подъемных колонн могут быть включены отсекающие клапаны; герметизирующие межколонное пространство пакеры с якорем для восприятия нагрузки от давления жидкости; телескопические соединения для компенсации линейных деформаций от собственной массы, давления и нагрева; устройства для управления режимами извлечения нефти и выполнения технологических операций без подъема труб (циркуляционный клапан для временного сообщения внутренней полости подъемных труб с межколонным пространством, клапан для ввода ингибиторов).

В газлифтных скважинах могут быть спущены две колонны труб концентрично или в два ряда. По одному из каналов через башмак нагнетается рабочий агент, по второму поднимется ГЖС (газожидкостная смесь).

Самый массовый механизированный способ эксплуатации связан с использованием штанговых глубинных насосов (ШГН), в которых связь с приводом, расположенным на поверхности осуществляется посредством штанг. Увеличение количества скважинного оборудования, усложнение его конструкции предопределяет появление новых причин, вызывающих потребность в подземном ремонте (замена скважинных насосов и их узлов, устранение неполадок с колонной штанг и пр.).

В интервалах отклонения ствола скважины от вертикали располагающаяся в подъемных трубах колонна штанг соприкасается с ними, а наружная поверхность труб соприкасается с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны. В штанговых насосах к наиболее изнашиваемым деталям относятся плунжер и цилиндр. При попадании в зазор между ними песка, окалины или других твердых частиц, может произойти заклинивание, и для возобновления работы насоса необходим его подъем на поверхность. В процессе работы ШГН наиболее вероятны обрывы и самопроизвольные отвороты

В обводненных скважинах работа ШГН осложняется образованием высоковязкой водонефтяной эмульсии (ВНЭ), что приводит к несвоевременному закрытию клапанов насоса, зависанию штанг и способствует их обрыву. В этих условиях эффективен разделитель фаз (РФ) – входное устройство скважинного штангового насоса, которое обеспечивает технологию поочередного подъема нефти и воды из обводненной скважины (рис. 2.3).

У бесштанговых скважинных насосов привод расположен в скважине в непосредственной близости от насоса. Центробежные насосы не рекомендуются в скважинах с большим содержанием в продукции песка, свободного газа, мало эффективны для извлечения нефти высокой вязкости.

Для добычи вязкой нефти широко используются погружные винтовые электрические насосы (ПЭВН), рабочим органом которых является стальной винт, вращающийся в резиновой обойме с винтовой поверхностью. К погружным скважинным насосам с электроприводом относятся и диафрагменные насосы, представляющие собой объемные плунжерные насосы с нагнетательными и всасывающими клапанами, диафрагмой, пружиной и поршнем, требующие соответствующего обслуживания.

Газовые скважины эксплуатируются фонтанным способом и им присущи те же осложнения, что и нефтяным. Но в силу особенностей физических свойств газа к конструкции газовой скважины предъявляются повышенные требования по сравнению с нефтяной. Газовая скважина постоянно находится под избыточным давлением, давление на устье скважины из-за низкой плотности газа мало отличается от давления на забое. Высокие скорости восходящего потока способствуют эрозионному нарушению колонны. Газовая скважина может быть оборудована плунжерным лифтом, глубинным скважинным насосом или другим приспособлением, предназначенным для удаления скапливаемой на забое воды, поступающей из пласта вместе с газом.

 

Рис. 3.1 Схема талевых систем

 

а – на прямом канате, б и в – с креплением свободного конца каната к основанию подъемной установки или якорю; г - с креплением свободного конца к талевому блоку; 1 – кронблок; 2 – талевый блок; 3 – талевый канат.

К талевому блоку присоединяется крюк, к которому подвешивается колонна труб или штанг. Грузоподъемный а г р е г а т для ремонта скважин это комплекс подъемных машин и вспомогательных технических средств, размещенных на транспортной базе и соединенных в единый механизм (установку), приспособленный для выполнения спускоподъемных операций. Привод лебедки от тягового двигателя транспортных средств.

 

Рис 3.4 а. Принципиальная схема подземного ремонта скважин

1 – ходовой конец талевого каната, 2 – барабан лебедки, 3 – направляющий ролик,

4 – колонна труб, 5 – элеватор, 6 – штропы, 7 – крюк, 8 – талевый блок, 9 – вышка,

10 – кронблок, 11 – мостки, 12 – рабочие ветви талевого каната.

Агрегаты для текущего ремонта комплектуются набором инструмента и средств механизации для спускоподъемных операций. Агрегаты и установки для капитального ремонта скважин комплектуются дополнительно механизмами вращения колонны труб и промывки скважины – ротором, насосным блоком, механизмами приготовления и очистки промывочных жидкостей, противовыбросовым оборудованием.

 

 

К инструментам для свинчивания и отворота труб и штанг, захвата и удержания их на весу относят трубные и штанговые элеваторы, спайдеры, ключи, штропы и ряд подобных приспособлений, конструкция которых весьма специфична (ПРИЛОЖЕНИЕ 1 к гл 3).

Элеватор – инструмент для захвата и удержания на весу труб (трубный) или штанг (штанговый) в процессе СПО. Элеватор надевается на трубу (штангу) под муфту, к крюку подвешивается посредством штропов. Спайдер – предназначен для удержания колонны захваченной за тело трубы при помощи клиновой подвески путем ее перемещения по наклонной поверхности корпуса. Клиновая подвеска подпружинена и включает обычно три клина, рабочие поверхности которых снабжены плашками.

Элеватор – спайдер предназначен для захвата и удержания на весу безмуфтовых труб. Используют в качестве элеватора подвешенного к крюку, и в качестве спайдера, закрепленного на устье скважины.

Штропы служат для подвески элеваторов к крюку талевой системы. В стержневых элеваторах эта деталь постоянно соединена с его корпусом и не отделяется в процессе работы. Ключи различных конструкций и размеров используют для свинчивания и отвинчивания труб при спускоподъемных операциях.

Подразделяются на ключи для операций выполняемых вручную и с использованием механического привода.

Противовыбросовое оборудование устанавливается на устье с целью предотвращения проникновения в атмосферу газа или жидкости находящихся в скважине в полости НКТ и межтрубного пространства. Комплектуется герметизаторами и превенторами.

Превенторы в подземном ремонте предназначены для герметизации устья скважины при наличии и отсутствии в ней колонны труб. Для обвязки предназначены манифольды, составной частью которых являются запорные устройства (задвижки, краны), тройники, угольники, напорные трубы, манометры.

Оборудование для технологических операций включает оборудование наземное и спускаемое в скважину.

К наземному оборудованию относят оборудование, выполняющие технологические операции с дневной поверхности:

- агрегаты для транспортирования, приготовления и нагнетания в скважину технологических жидкостей, манифодьды и трубопроводы для их обвязки и соединения со скважиной,

- установки для производства пара и нагрева нефти и пластов,

- агрегаты и приборы для исследования и обследования скважин перед выполнением ремонта,

- прочее оборудование, устанавливаемое на устье скважины для выполнения технологических операций,

- специальное оборудование и механизмы, участвующие в технологическом процессе и дислоцированные вне территории скважины.

Агрегат для нагнетания технологических жидкостей представляет собой транспортную базу, на платформе которой смонтированы один, два и более насоса. Агрегат укомплектован всасывающими и нагнетательными линиями, системой управления и контроля. Транспортной базой служат автомобили и тракторы.

Для транспортирования жидкостей предназначены установленные на шасси автомобиля цистерны (автоцистерны), укомплектованные приспособлениями для подачи жидкости к передвижным насосным и смесительным установкам.

Для транспортирования растворов ингибированной соляной кислоты предназначены цистерны-кислотовозы, у которых цистерны изготовлены из нержавеющей (коррозионностойкой) стали, а насос и насосная обвязка в кислотостойком исполнении.

Блок манифольдов предназначен для обвязки нескольких насосных установок между собой и с устьевым оборудованием при нагнетании жидкости в скважину под высоким давлением. Все оборудование смонтировано на шасси автомобиля и включает высоконапорный и приемо-раздаточный коллекторы, комплект всасывающих и нагнетательных линий, подъемную стрелу.

Прогрев скважины паром, промывка горячей нефтью производится парогенераторными установками и агрегатами для депарафинизации, представляющие транспортную базу, на которой смонтированы генераторы пара и нагнетательные насосы.

К оборудованию, спускаемому в скважину, относят:

- устройства для разобщения и герметизации отдельных интервалов скважины и удержания инструментов от перемещения.

- инструменты, применяемые для ликвидации аварий,

- инструменты для разрушения и изменения формы колонны или скважины,

-забойные двигатели для вращения скважинных инструментов,

- механизмы и приспособления для разрушения и очистки скважины от образовавшихся пробок и отложений на обсадных и подъемных трубах,

- трубы технологических колонн, используемых для ремонтных операций,

Якорь скважинный применяется для закрепления в стволе скважины различного оборудования – насосов, фильтров, приборов, пакеров и т.п.

Наиболее широко применяется гидравлический якорь с плашечными закрепляющими элементами. Их преимущество заключается в автоматическом закреплении при создании давления в трубах и откреплении при его снятии. Состоит из корпуса, в радиальных отверстиях которого утоплены плашки с зубчатой поверхностью, удерживаемые пластинчатыми пружинами. Созданием давления в корпусе плашки выдвигаются до контакта с обсадной колонной и воспринимают усилия в любом направлении. При снятии давления пружины возвращают плашки в исходное положение.

Для герметизации и разобщения заданного интервала ствола скважины по вертикали при различных ремонтных операциях предназначены пакеры и разобщающие пробки. Основной частью любого пакера является уплотнительный узел (уплотнитель). Материалом уплотнителя обычно служит резина с большим сопротивлением разрыву Пакер доставляют в заданный интервал ствола скважины в транспортном положении, когда уплотнитель не деформирован. Перекрытие ствола происходит за счет расширения уплотнителя в результате его деформации и заполнения межтрубного пространства.

 

Вопрос 1. Основные объекты эксплуатационных скважин, требующие ремонта, и причины, вызывающие их ремонт.

 

Эксплуатационная скважина, предназначенная для извлечения из недр земли углеводородов или нагнетания в них жидких и газообразных веществ (рис.1.1), представляет собой направленный цилиндрический ствол в земной коре, в который спущены колонны стальных труб, а пространство между колоннами и стенками ствола заполнены цементом, что обеспечивает его надежное крепление и разобщение пластов.

Рис.1.1. Эксплуатационная скважина.   1 – обсадные колонны 2 – цементный камень 3 – подъемная колонна 4 – соединение пласта со скважиной 5 – продуктивный пласт 6 – устьевое оборудование

В эксплуатационной колонне размещается внутрискважинное оборудование, предназначенное для реализации технологических процессов подъема или нагнетания жидкости и газа. Основные требования к эксплуатационной скважине за период эксплуатации до ее физической ликвидации следующие:

- оптимальный дебит (приемистость) без потерь продукции,

- отсутствие поступления в продукцию скважины посторонних флюидов,

- отсутствие утечек из скважины,

- работа скважинного оборудования в заданном режиме.

Эти требования могут быть удовлетворены в том случае, если продукция из эксплуатируемого объекта поступает в скважину без дополнительных препятствий, исключена возможность движения флюидов за колонной и их перетекания из одного пласта в другой, обеспечены герметичность и равномерность сечения эксплуатационной колонны, исправность скважинного оборудования.

В процессе эксплуатации в скважине могут возникнуть различные осложнения и аварийные ситуации, являющиеся причиной значительных отклонений от ее эксплуатационных возможностей вплоть до остановки и перевода в фонд бездействующих. Для восстановления эксплуатационных характеристик скважины требуется проведение ремонтных работ.

Объектом восстановления и ремонта может быть:

- п р и з а б о й н а я з о н а пласта или скважины;

Призабойной зоной пласта (ПЗП) принято называть примыкающую к стволу скважины в интервале гидравлического сообщения часть эксплуатируемого объекта. Численное значение радиуса ПЗП (глубина зоны) не конкретизуется. При вскрытии продуктивного объекта бурением эта величина может определяться глубиной проникновения в пласт фильтрата бурового раствора, в которой коэффициент проницаемости меньше, чем в пласте в естественных условиях. В процессе эксплуатации подразумевается активно работающая зона, подвергающаяся воздействию депрессии.

Понятие «призабойная зона скважины (ПЗС)» более широкое. В нее входит вся толщина продуктивного пласта и соприкасающиеся интервалы, связанные с формированием конструкции забоя и планируемыми технологиями воздействия на эксплуатационный объект.

- с к в а ж и н а, как т е х н и ч е с к о е с о о р у ж е н и е (ствол скважины, крепленный обсадными трубами и цементом)

- в н у т р е н н я я п о л о с т ь эксплуатационной колонны (канал, соединяющий эксплуатируемый пласт с дневной поверхностью)

- у с т ь е с к в а ж и н ы (устьевое эксплуатационное оборудование и арматура).

Причины, вызывающие необходимость ремонта указанных объектов и виды выполняемых работ различные.

В призабойной зоне – крепление неустойчивых пород эксплуатируемого пласта, расширение и создание новых фильтрационных каналов, и освобождение действующих от загрязнения, предотвращение или ограничение поступления воды в эксплуатационный объект и т.д.

В скважине как техническом сооружении – восстановление герметичности и проходимости колонны, ликвидация путей движения пластовых вод и газа за колонной и т.п.

Внутри эксплуатационной колонны – освобождение канала от аварийных объектов и пробок (скважинного оборудования и инструмента, песка, отложений солей и парафина, металлических сальников, гидратов и пр.), установка и замена скважинного оборудования и приспособлений.

На устье скважины – ремонт и замена устьевого оборудования, герметизация его соединений с обсадными колоннами.

Вопрос 2. Конструктивные особенности объектов ремонта, которые необходимо учитывать при планировании и выполнении ремонтных технологий.

Выбор технологии ремонта и воздействия на призабойную зону определяется геологическим строением, свойствами пластовых флюидов и рядом других факторов, с учетом вариантов и технологий вскрытия продуктивного пласта, определяющих конструкции забоя.

Под конструкцией забоя понимают обустройство ствола скважины в интервале эксплуатируемого объекта, предупреждающего его разрушение, надежную изоляцию и устойчивое сообщение с продуктивной зоной, при котором скважина работает с оптимальными эксплуатационными показателями.

Конструкции забоя и его параметры выбирают исходя из типа коллектора, степени его однородности, проницаемости и устойчивости пород, расположения по отношению к коллектору горизонтов водоносных, газоносных и их параметров.

По величине пластового давления коллекторы делят на три группы:

- с аномально высоким пластовым давлением Р_пл > > Р_гс (k > 1)

- с давлением близким к гидростатическому Р_пл = Р_гс (k = 1)

- с аномально низким пластовым давлением P_пл< P_гс (k < 1)

где: Р_гс – гидростатическое давление создаваемое столбом пресной воды. k - коэффициент аномальности.

Под коэффициентом аномальности (k) понимают отношение пластового давления Р_пл на глубине z_пл к давлению столба пресной воды такой же высоты: k = Р_пл /ρ_в g z_пл = Р_пл / 10⁴ z_пл

Стандартные технологии бурения в целях безопасности предусматривают вскрытие продуктивных пластов первой и второй группы с регламентируемой репрессией на пласт, т.е. созданием давления большего, чем давление в пласте, что обеспечивается использованием растворов высокой плотности. Коллекторы с аномально низким давлением вскрывают растворами нефтяными и аэрированными, с применением местной промывки, продувки газом. Такая технология вскрытия не исключает загрязнения вскрываемого горизонта буровым раствором и его составляющими.

В целях сохранения естественных свойств коллектора применяют специальные технологии вскрытия эксплуатационного объекта без противодавления - на равновесии и с депрессией на пласт.

Используют два основных варианта вскрытия продуктивного пласта бурением (рис.1.2):

- бурение скважины до проектной глубины с последующим ее креплением эксплуатационной колонной (рис.1.2 а);

- бурение и крепление скважины эксплуатационной колонной выше кровли продуктивного объекта с последующим выходом из колонны и его бурением долотом меньшего диаметра (рис.1.2 б).

Рис. 1.2. Варианты вскрытия эксплуатационного объекта

При обоих вариантах вскрытия продуктивного объекта конструкции забоев формируются о т к р ы т ы м и и з а к р ы т ы м и (рис. 1.3).

Рис.1.3 Основные типы конструкции забоя скважины

а, б, в – вскрытые по варианту Б

г, д, е – вскрытые по варианту А

В о т к р ы т ы х забоях пласты не зацементированы, пластовые флюиды притекают в скважину по всей поверхности вскрытого интервала продуктивной зоны естественным путем (а, г) или через установленный в интервале пласта не зацементированный трубный фильтр (б, д). В з а к р ы т ы х забоях эксплуатируемые пласты перекрыты обсадной колонной и зацементированы. В закрепленных стволах гидродинамическое сообщение пласта со скважиной достигается созданием фильтра с помощью перфораторов различного принципа действия (стреляющие, прожигающие, сверлящие, гидроабразивные, механические, химические), которые пробивают каналы в колонне, цементном камне и пласте (в, е).

Скважину, в которой продуктивная часть вскрыта полностью, дополнительные сопротивления притоку отсутствуют, а проницаемость зоны у забоя скважины одинакова с проницаемостью всего эксплуатируемого пласта, принято считать гидравлически совершенной.

В реальной скважине у забоя возникают дополнительные фильтрационные сопротивления, и характер притока жидкости отличается от притока в скважину совершенную.

Различают несовершенства

- по степени вскрытия, еслипласт не полностью вскрыт;

- по характеру вскрытия, когда пласт сообщается со скважиной через ограниченное число перфорационных отверстий;

- по качеству вскрытия, когда проницаемость призабойной зоны ниже природной проницаемости пласта [5].

Пропускная способность фильтра зависит от диаметра отверстий и их плотности (количества отверстий на единицу длины), глубины проникновения в пласт. Расположение забоя скважины или башмака колонны по отношению кровли эксплуатационного объекта могут быть различными.

Кроме основных типов в конкретных геологических условиях используют конструкции забоя:

- смешанного типа – нижняя часть пласта открыта, а верхняя закреплена цементируемой колонной и перфорирована (рис.1.3 ж; вариант вскрытия В).

- с установкой в интервале эксплуатируемого пласта забойных гравийных фильтров различных типов и конструкций или тампонирующих материалов с целью предотвращения поступления в скважину песка.

Рис.1.3. ж Конструкция забоя смешанного типа

Скважина в интервале эксплуатируемого объекта может быть одноствольной или многоствольной, ствол скважины вертикальным, наклонно-направленным, горизонтальным. Ось горизонтального интервала может быть прямой параллельно кровле и подошве пласта, под углом к направлению простирания или синусоидальным.