Файл: Выбор оборудования для нефтяных скважин, оборудованных шгн.docx

Министерство науки и высшего образования Российской федерации

ФГБОУ ВО «Удмуртский государственный университет»

Многопрофильный колледж профессионального образования

Курсовая работа

Дисциплина: разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

на тему: «Выбор оборудования для нефтяных скважин, оборудованных ШГН»

Проверил преподаватель МКПО:

_____________ Д.В. Матвеев

«__» _______________ 2023

Работу выполнила

студентка группы СПО-09-21.02.01-21

_____________ Клементьева С.М.

«__» _______________ 2023

Ижевск 2023

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..4

ГЛАВА 1. НЕФТЯНЫЕ СКВАЖИНЫ………………………………………….5

1.1 Нефтяная скважина…………………………………………………………...5

1.2 По типу профиля……………………………………………………………...5

1.3 По способу эксплуатации…………………………………………………..5-6

1.4 По конструкции забоев скважин…………………………………………….6

1.5 Цикл строительства скважин………………………………………………...6

1.6 Основные элементы скважины………………………………………………7

1.7 Обсадные колонны…………………………………………………………7-8

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННЫХ НАСОСАХ………………………………………………………………………...9

2.1 Штанговый глубинный насос…………………………………………….9-10

2.2 Принцип работы ШГН………………………………………………………10

2.3 Разновидности ШГН………………………………………………………...11

2.4 ШГН: достоинства, недостатки, сфера применения…………………...12-13

2.5 Назначение и конструкция насосных штанг…………………………...13-14

2.6 Как читать маркировку?..........................................................................14-15

ГЛАВА 3. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН, ОБОРУДОВАННЫХ УСТАНОВКАМИ ШГН………………………………..16

3.1 Компания «Нафтаматика»……………………………………………….16-19

3.2 Основные критерии выбора……………………………………………..19-20

3.3 Принцип действия штангового глубинного насоса……………………20-21

3.4 Эксплуатация скважин с помощью ШГНУ, оборудования штанговой глубинной насосной установки…………………………………………………21

3.5 Эксплуатация скважин с помощью ШГНУ…………………………….21-22

3.6 Выбор ШГН по производительности и глубине спуска……………….22-23

---

3.7 Рекомендуемые глубины спуска ШГН……………………………………..23

3.8 Алгоритм выбора оборудования УШГН………………………………..23-26

3.9 Принцип подбора ШГН к скважине………………………………………..26

3.10 Диаграмма Адонина…………………………………………………….26-27

3.11 Дополнительное оборудование………………………………………..27-29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….30

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………31-32

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время для добычи нефти наиболее часто используются штанговые глубинные насосы (ШГН). Согласно статистике, таким способом в Западной Европе эксплуатируются 90% скважин, в США - 85%, в России около 53%. Разрабатываются также новые нефтепромысловые технологии и оборудование, например, цепные приводы для ШГН, более эффективные при добыче высоковязкой и остаточной нефти, чем традиционные станки-качалки. В связи с этим проводятся дополнительные исследования с целью уточнения параметров, используемых при диагностировании состояния ШГН, и совершенствуются системы автоматизации скважин.

Глубинные насосы штангового типа, которые обозначаются аббревиатурой ШГН, представляют собой устройства, при помощи которых можно откачивать жидкие среды из скважин, характеризующихся значительной глубиной. Использование такого насосного оборудования является одним из наиболее популярных способов откачивания нефти: приблизительно 70% действующих сегодня нефтеносных скважин обслуживают именно штанговые насосы.

ГЛАВА 1. НЕФТЯНЫЕ СКВАЖИНЫ

1.1 Нефтяная скважина

Нефтяная скважина — горная выработка круглого сечения, диаметром 75—400 мм, сооружаемая без доступа в неё человека, предназначенная для добычи, либо разведки нефти и попутного газа.

Скважины сооружаются путём последовательного бурения горных пород, удаления шлама и укрепления стенок скважины от разрушения (при необходимости, зависит от характера пород). Для бурения применяются буровые станки, буровые долота и другие механизмы.

По оценке международного агентства новостей Reuters, в 2020 году в мире насчитывается не менее 29 миллионов заброшенных скважин. Они являются значительным источником выбросов парниковых газов, вызывающих изменение климата.

1.2 По типу профиля

Вертикальные (угол отклонения от вертикали менее 2-6°)

• 
  Наклонно-направленные;
  
• 
  Горизонтальные.
  

---

1.3 По способу эксплуатации

• Фонтанный, при котором пластовая жидкость поднимается по стволу скважины от забоя на поверхность только под действием пластовой энергии, которой обладает нефтяной пласт. Для добычи фонтанным способом необходимо, чтобы забойное давление превышало сумму гидростатического давления столба пластовой жидкости (высотой столба от устья скважины до её забоя) и линейного давления кустовой площадки;

• 
  Газлифтный, при котором в качестве дополнительной энергии используется газ высокого давления. В результате смешивания дополнительно поступающего в скважину газа с пластовой жидкостью образуется газожидкостная смесь пониженной плотности, что снижает давление на забое скважины. Пониженное забойное давление обеспечивает приток продукции из пласта и подъем газожидкостной смеси на поверхность;
  
• 
  Механизированный, с помощью спускаемых в скважину насосов (ЭЦН, ШГН и др.). Современные насосы позволяют регулировать рабочую частоту и задавать программные режимы работы, что дает возможность регулировать темпы отбора пластовой жидкости.
  

1.4 По конструкции забоев скважин

С перфорированным забоем;

• 
  С забойным хвостовиком;
  
• 
  С забойным фильтром;
  
• 
  С открытым забоем.
  

1.5 Цикл строительства скважин

Строительство наземных сооружений;

• 
  Углубление ствола скважины, осуществление которого возможно только при выполнении двух параллельно протекающих видах работ — собственно углубления и промывки скважины;
  
• 
  Разобщение пластов, состоящее из двух последовательных видов работ: укрепления (крепления) ствола скважины опускаемыми трубами, соединёнными в колонну, и тампонирования (цементирования) заколонного пространства;
  
• 
  Освоение скважин. Часто освоение скважин в совокупности с некоторыми другими видами работ (вскрытие пласта и крепление призабойной зоны, перфорация, вызов и интенсификация притока [оттока] флюида) называют заканчиванием скважин.
  

1.6 Основные элементы скважины

Основными элементами скважины являются: устье, забой, ствол, ЗУМПФ.

• 
  Устье - это верхняя часть скважины.
  
• 
  Забой - это часть скважины, которая пересекает продуктивный пласт.
  
• 
  Ствол - это горная выработка, внутри которой располагаются обсадные колонны и производится углубление скважины.
  
• 
  Зумпф (нем. "болото") - зона успокоения механических примесей и фильтратов. Находится ниже интервала перфорации.
  

---

1.7 Обсадные колонны

• Направление – первая колонна труб или одна труба, предназначенная для закрепления приустьевой части скважин от размыва буровым раствором и обрушения, а также для обеспечения циркуляции жидкости. Направление, как правило, одно. Однако могут быть случаи крепления скважин двумя направлениями, когда верхняя часть разреза представлена лёссовыми почвами, насыпным песком или имеет другие особенности. Обычно направление спускают в заранее подготовленную шахту или скважину и бетонируют на всю длину. Иногда направление забивают в породу, как сваю;

• 
  Кондуктор – колонна обсадных труб, предназначенных для разобщения верхнего интервала разреза горных пород, изоляции пресноводных горизонтов от загрязнения, монтажа противовыбросового оборудования и подвески последующих обсадных колонн. Кондуктор, в зависимости от геологических условий, устанавливается на глубину в среднем до 100 м, а максимальная глубина до 600 м. Диаметр кондуктора, как правило, колеблется в диапазоне 177-508 мм. Он опрессовывается, как и цементное кольцо;
  
• 
  Эксплуатационная колонна - последняя колонна обсадных труб, которой крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от остальных пород и извлечения из скважины нефти или газа или для нагнетания в пласты жидкости или газа. Иногда в качестве эксплуатационной колонны может быть использована (частично или полностью) последняя промежуточная колонна.
  

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННЫХ НАСОСАХ

2.1 Штанговый глубинный насос

Основная задача штанговых насосов, ШГН (расшифровка "Штанговый глубинный насос"), — откачивание жидкостей из скважин. При этом должен соблюдаться ряд параметров: температура перекачиваемой среды не более 130°С, обводненность по объему не больше 99%, вязкость до 0,3 Па*с, содержание свободного газа на приеме — до 25%, механических примесей — до 350 мг/л.
Прообразом современного ШГН был насос, который изобрел Томас Ньюкомен в 1712 году — изобретатель создал конструкцию для выкачивания из угольных шахт воды. Современные насосы, естественно, стали более технологичными: электричество заменило пар, сменился и принцип действия — вращательное движение преобразовалось в поступательное. Функцию привода штангового насоса выполняет станок качалка, который устанавливают на поверхности. По принципу действия устройство похоже на ручной велосипедный насос, который преобразует возвратно-поступательные движения в поток воздуха, — только в случае со станком-качалкой, возвратно-поступательные движения преобразуются в поток жидкости, поступающей на поверхность по насосно-компрессорным трубам.

---

Конструкция современных штанговых насосов включает подвижный плунжер, расположенный во внутренней части неподвижного цельного цилиндра, установочные и присоединительные детали, замок (для вставных насосов), нагнетательный клапан в верхней части плунжера, всасывающий клапан шарового типа.

2.2 Принцип работы ШГН

Плунжерный насос (цилиндр с пустотелым поршнем внутри) спускают на колонне подъемных труб в скважину. В верхней части плунжера находится нагнетательный клапан, а в нижней части статичного цилиндра — всасывающий клапан. Плунжер подвешивается на колонне насосных штанг, которые от установленного на поверхности станка-качалки передают плунжеру возвратно-поступательное движение.


Когда плунжер идет вверх, жидкость из скважины через всасывающий клапан поступает в цилиндр насоса — это происходит из-за разницы в давлениях. Когда плунжер идет вниз, давление жидкости под плунжером закрывает всасывающий клапан, и жидкость из цилиндра направляется в подъемные трубы. Непрерывная работа насоса перегоняет жидкость сначала в подъемные трубы, а затем на поверхность.

2.3 Разновидности ШГН

Все разнообразие штанговых насосов, представленных на современном рынке, можно условно разделить на две большие группы:


1. Вставные. Делятся, в свою очередь, на НВ1 и НВ2. В первом случае замок располагается в верхней части, во втором — в нижней. Насосы из этой категории применяются преимущественно для скважин большой глубины с небольшим дебитом откачиваемой жидкой среды. К преимуществам такого варианта можно отнести также относительно простой ремонт скважины при необходимости — чтобы извлечь вставные насосы из скважины, нужно просто поднять штанги.

2. Трубные (невставные). Установка глубинных насосов невставного типа представляет собой достаточно сложную процедуру. Цилиндр с помощью насосно-компрессорной трубы помещают в скважину, после чего, используя штанги, в цилиндр опускают плунжер с клапанами. Извлекают из скважины трубный насос также в два этапа: сначала вытаскивают плунжер с клапанами из цилиндра, и только после этого из скважины поднимают цилиндр с насосно-компрессорной трубой. Трубные насосы делятся на несколько разновидностей: без ловителя (НН), с ловителем (НН2), с захватным штоком (НН1). НН2 — наиболее популярный тип насосного оборудования, благодаря простой конструкции механизма их опорожнения, большей надежности в эксплуатации.

---