Меню

Что называют оборудованием скважины



НАЗНАЧЕНИЕ СКВАЖИН И ИХ КОНСТРУКЦИИ

date image2014-02-09
views image5922

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

I. ОБОРУДОВАНИЕ СКВАЖИН

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, имеющая при малом поперечном сечении весьма значительную длину.

Начало скважины называется устьем, ее конец – забоем. Все полое пространство скважины, от ее устья до забоя, называется стволом.

Скважины могут быть вертикальными или наклонно направленными. В отдельных случаях бурят горизонтальные скважины.

Основное назначение скважины – извлечение нефти, газа или воды из недр на поверхность, т.е. скважина является каналом, соединяющим нефтяной, газовый или водяной пласт с поверхностью земли.

Совокупность нефтяных, газовых и водяных скважин, предназначенных для добычи нефти, газа или воды, называется эксплуатационным фондом.

Кроме эксплуатационных нефтяных, газовых или водяных скважин имеются еще вспомогательные скважины: нагнетательные, контрольные и др.

Нагнетательные скважины служат для закачки в продуктивные пласты агента – воды или воздуха (газа) со специальными целями.

Контрольные скважины предназначены для наблюдения за ходом разработки нефтяной или газовой залежи при помощи различных приборов, спускаемых в эти скважины.

Независимо от своего назначения каждая скважина за все время ее эксплуатации или использования должна иметь устойчивые стенки и надежное разобщение пластов и пропластков друг от друга по всей пройденной скважиной толще пород. Для этого по окончании бурения всего ствола или же после завершения проходки определенного интервала пород в скважину спускают обсадную колонну, которая собирается из стальных высокопрочных труб на резьбовых соединениях. Обсадная колонна закрепляется в скважине путем заливки цементного раствора в кольцевое пространство между стенками скважины и трубами.

В зависимости от геологических условий, состояния техники и технологии бурения, глубины скважины и ее назначения скважину можно крепить одной или несколькими колоннами с различной высотой подъема цементного раствора за каждой колонной (см. рис. 1.1).

Совокупность данных, характеризующих диаметр пробуренной скважины на разных глубинах, количество, диаметр и длину обсадных колонн, спущенных в скважину, а также интервалы пространства за колоннами, заполненные цементным кольцом, называется конструкцией скважины.

Конструкция скважины включает следующие ряды труб: направление, кондуктор, промежуточную и эксплуатационную колонны.

1 – направление; 2 – кондуктор; 3 – промежуточная колонна; 4 – эксплуатационная колонна

Направление – это колонна труб, спускаемая в скважину до некоторой глубины (100¸200 м), которая цементируется от устья по всей длине и служит для надежного крепления верхних интервалов и предотвращения размыва устья скважины.

Кондуктор служит для крепления верхних неустойчивых интервалов разреза, изоляции верхних водоносных горизонтов от загрязнения, а также для возможности установки на устье противовыбросового и устьевого оборудования.

Промежуточная обсадная колонна предназначена для крепления и изоляции вышележащих зон, несовместимых по условиям бурения с нижележащими зонами для предотвращения осложнений и аварий при бурении последующих интервалов.

Эксплуатационная колонна, спускаемая до проектной глубины, крепит и разобщает продуктивные пласты и вышележащие зоны геологического разреза от продуктивных пластов, обеспечивает размещение в ней оборудования для подъема жидкости или закачки необходимых агентов в пласт. Эксплуатационную колонну оборудуют элементами колонной и заколонной оснастки (пакеры, башмак, обратный клапан, центратор, упорное кольцо и т.п.). Через эту колонну производится эксплуатация скважины, ее размеры определяют габариты подземного эксплуатационного оборудования.

Наиболее простой и дешевой является одноколонная конструкция, когда в скважину спускается только одна обсадная колонна труб, не считая кондуктора и направления. В очень сложных условиях бурения число промежуточных обсадных колонн иногда доводят до трех.

Для эксплуатационных колонн в большинстве случаев применяются обсадные трубы с наружным диаметром от 146 до 168 мм, с толщиной стенок от 7.5 до 12 мм.

Источник

МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ

Понятие конструкции скважины

— это совокупность элементов крепи горной выработки с поперечными размерами, несоизмеримо малыми по сравнению с ее глубиной и протяженностью, обеспечивающая при современном техническом и технологическом вооружении безаварийное, с учетом охраны недр, экономичное строительство герметичного пространственно устойчивого канала между флюидонасыщенными пластами и остальной частью вскрытого геологического разреза, а также дневной поверхностью, эксплуатирующегося в заданных режимах и времени в зависимости от назначения: изучение геологического разреза, разведка и оценка газонефтеносности отложений, добыча продукции, поддержание пластовых давлений, наблюдение за режимом эксплуатации месторождения и др.

В газонефтяной отрасли нет также единого методического подхода к оценке качества проектирования и строительства скважин, в том числе их конструкции.

Основные элементы скважины

Основными элементами скважины являются: устье, забой, ствол, обсадная колонна, фильтр, цементное кольцо.

— это начало скважины, образованное короткой вертикальной зацементированной трубой — направлением.

— это дно ствола скважины.

— это горная выработка, внутри которой располагаются обсадные колонны и производится углубление скважины.

— участок скважины, непосредственно соприкасающийся с продуктивным нефтяным или газовым горизонтом. Фильтром может служить необсаженный колонной участок ствола, специальное устройство с отверстиями, заполненное гравием и песком, часть эксплуатационной колонны или хвостовика с отверстиями или щелями.

— затвердевший цементный раствор, закачанный в кольцевое пространство между стволом и обсадной колонной с целью его герметизации.

Цементное кольцо предназначено для надежной изоляции друг от друга интервалов геологического разреза (в том числе и продуктивных) на весь период строительства, эксплуатации и обеспечения жесткой связи обсадных колонн со стенками скважины с целью формирования прочной и герметичной постоянной крепи.

Система обсадных колонн и цементных колец за ними составляют скважины.

Обсадные колонны

— это свинченные друг с другом и опущенные в ствол обсадные трубы с целью изоляции слагающих ствол горных пород. Различают первую обсадную колонну — кондуктор, последнюю обсадную колонну — эксплуатационную колонну, в том числе хвостовик, промежуточные обсадные колонны, в том числе летучки (лайнеры).

Обсадные колонны предназначены для изоляции стенок скважин от рабочего пространства ствола в процессе бурения и эксплуатации и обеспечивают требуемую прочность и герметичность при воздействии на них внутренних и внешних воздействий в первую очередь давления. Для создания необходимой изоляции кольцевого пространства, остающегося между обсадными колоннами, оно заливается жидким цементным раствором, твердеющим через определенное время.

Обсадные колонны по назначению подразделяются следующим образом.

— 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 лессовыми 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.

Различают шахтное (или шахтовое) направление и удлиненное направление. Шахтное устанавливается, как правило, во всех случаях и его длина составляет 3-10 м. В зависимости от конкретных условий может устанавливаться удлиненное направление или от одного до нескольких направлений и в этом случае длина может достигать 100 м. Направление спускается по возможности в глинистый пласт. Диаметр колонны колеблется от 245 до 1250 мм. Трубы, используемые в качестве направления, на прочность не рассчитываются и не опрессовываются.

— 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.

Шахтное направление и кондуктор являются обязательными элементами конструкции скважины.

Промежуточная обсадная колонна (их может быть несколько) служит для разобщения несовместимых по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченных глубин.

Промежуточные обсадные колонны могут быть следующих видов:

  • сплошные — перекрывающие весь ствол скважины от забоя до ее устья независимо от крепления предыдущего интервала;
  • хвостовики — для крепления только необсаженного интервала скважины с перекрытием предыдущей обсадной колонны на некоторую величину;
  • летучки — специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для перекрытия интервала осложнений и не имеющие связи с предыдущими или последующими обсадными колоннами.

Секционный спуск обсадных колонн и крепление скважин хвостовиками являются, во-первых, практическим решением проблемы спуска тяжелых обсадных колонн и, во-вторых, решением задачи по упрощению конструкции скважин, уменьшению диаметра обсадных труб, зазоров между колоннами и стенками скважины, сокращению расхода металла и тампонирующих материалов, увеличению скорости бурения и снижению стоимости буровых работ.

— 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.

Диаметр обсадной колонны

Проектирование диаметров обсадных колонн и долот начинают с эксплуатационной колонны и далее методом снизу-вверх. Расчет диаметров обсадных труб ведется «изнутри» с диаметра эксплуатационной колонны. Исходя из предполагаемого дебита скважины и экономического обоснования, выбирается диаметр эксплуатационной колонны. Диаметр эксплуатационной колонны определяет диаметры бурения под обсадные колонны для всей скважины, а количество промежуточных колонн определяет конструкцию колонной головки. Увеличение диаметра эксплуатационной колонны позволяет использовать более производительное скважинное оборудование, позволяет эксплуатировать в скважине одновременно несколько пластов и облегчает проведение подземного ремонта. С другой стороны увеличение диаметра эксплуатационной колонны ведет к увеличению металлоемкости обсадных колонн, объему бурения и цементирования. Возрастают нагрузки на колонную головку и ее металлоемкость. Все это ведет к увеличению затрат на строительство скважины. Уменьшение диаметра эксплуатационной колонны снижает стоимость ее строительства, но увеличивает затраты, связанные с эксплуатацией скважины. Так применение малогабаритного оборудования ведет к увеличению затрат на приобретение до 2-3х раз. Усложняется поведение подземного ремонта, что ведет, как правило, к увеличению затрат времени, и, следовательно, и материалов, а в некоторых случаях не позволяет произвести необходимый ремонт.

Читайте также:  Оборудование для рыб заводов

Сооружение скважины

Только сооруженная скважина может ответить на вопрос: имеется ли в данном районе нефтяное или газовое месторождение и какова промышленная ценность залежи углеводородов.

Сооружение скважины, независимо от ее назначения (разведочная, параметрическая, эксплуатационная и т.д.), включает в себя следующие основные этапы:

  1. Геологическое обоснование места сооружения и составление проекта скважины, которые позволяют наилучшим образом выполнить поставленную задачу.
  2. Монтаж технических средств для наиболее качественного и экономичного сооружения скважины.
  3. Проводку ствола скважины, обеспечивающую высокую скорость углубления при минимальных затратах.
  4. Глубинные геофизические и технологические исследования, позволяющие подробно изучить геологический разрез, термодинамические параметры вскрытых скважиной пластов, отобрать образцы горных пород и пластовых флюидов для лабораторных исследований.
  5. Крепление ствола обсадными трубами и цементом, обеспечивающее длительную безаварийную эксплуатацию скважины как инженерного сооружения и ее экологическую безопасность.
  6. Изготовление глубинного фильтра, обеспечивающего качественную и надежную гидродинамическую связь продуктивного пласта с полостью эксплуатационной колонны и препятствующего проникновению в колонну горной породы и других загрязняющих углеводороды примесей.
  7. Оборудование устья скважины, включающее, при необходимости, подвеску колонны насосно-компрессорных труб, обеспечивающее качественное испытание скважины и дальнейшую длительную эксплуатацию ее как объекта добычи углеводородов.

При бурении в скважину последовательно спускается определенная конструкция, состоящая из обсадных труб. Каждая последующая колонна вставляется в предыдущую, и поэтому имеет все меньший диаметр.

Дно скважины называется забоем. После проведения цементирования скважины образуется новый забой, который называется «искусственный забой». В процессе эксплуатации на забой осаждаются примеси, части изношенного оборудования или упущенный при проведении подземного ремонта инструмент и т.п., что при замерах изменяет глубину скважины и новая точка называется «текущий забой».

Если продуктивный пласт обсаживается, то низ или башмак эксплуатационной колонны устанавливается всегда (после прохождения через пористый продуктивный пласт) в непроницаемую породу. Это позволяет вскрыть продуктивный пласт, предотвратив его обводнение, что само по себе является серьезной проблемой, и может сделать скважину непродуктивной, т.е. не давшей нефти.

После создания герметичной конструкции скважины в эксплуатационную колонну, напротив продуктивного пласта, спускается на забой устройство (перфоратор), которое проделывает отверстия в обсадных трубах и цементном кольце и соединяет продуктивный пласт и скважину. Эти отверстия заполняются газом и пластовой жидкостью (нефтью), поступающей из пласта под избыточным давлением и заполняют скважину.

Требования к конструкции скважин

В зависимости от назначения скважин конструкция может существенно изменяться, но всегда должна удовлетворять некоторым общим требованиям, которые сводятся к следующему:

  • надежное разобщение пройденных пород и их герметизация, что вытекает из требований охраны недр и окружающей среды и достигается за счет прочности и долговечности крепи, герметичности обсадных колонн, межколонных и заколонных пространств, а также за счет изоляции флюидонасыщенных горизонтов;
  • получение максимального количества горно-геологической и физической информации по вскрываемому скважиной разрезу;
  • возможность оперативного контроля за вероятным межколонным или заколонным перетоком флюидов;
  • длительная безаварийная работа при условии безопасного ведения работ на всех этапах жизни скважины;
  • конструкция должна иметь определенный диаметр обсадных труб, что особо относится к эксплуатационной колонне;
  • быть стабильной (не изменять своих первоначальных характеристик в течение длительного времени или после проведения определенных технологических операций);
  • эффективное фиксирование конструкции в стволе скважины;
  • возможность аварийного глушения скважины;
  • возможность трансформации одного вида скважины в другой за счет максимальной унификации по типоразмерам обсадных труб и ствола скважины.

Кроме перечисленных, конструкция скважины должна удовлетворять определенным технологическим требованиям, основными из которых являются:

  • хорошая гидравлическая характеристика (минимум сопротивлений);
  • максимально возможное использование пластовой энергии в процессе подъема продукции на дневную поверхность за счет выбора оптимального диаметра эксплуатационной колонны и конструкции забоя;
  • возможность проведения всех видов исследований известными и перспективными глубинными приборами;
  • проведение всех технологических операций в скважине, в том числе и по воздействию на продуктивный горизонт;
  • применение различных способов эксплуатации с использованием эффективного оборудования, в том числе и с большими нагрузками на стенку скважины (колонны).

Разработка конструкции скважины

Основные параметры конструкций скважины: число и диаметр обсадных колонн, глубина их спуска, диаметр долот, которые необходимы для бурения под каждую обсадную колонну, а также высота подъема и качество тампонажного раствора за ними, обеспечение полноты вытеснения бурового раствора.

Разработка конструкции скважины базируется на следующих основных геологических и технико-экономических факторах:

  • геологические особенности залегания горных пород, их физико-механическая характеристика, наличие флюидосодержащих горизонтов, пластовые температуры и давления, а также давление гидроразрыва проходимых пород;
  • назначение и цель бурения скважины;
  • предполагаемый метод заканчивания скважины;
  • способ бурения скважины;
  • уровень организации, техники, технологии бурения и геологическая изученность района буровых работ;
  • уровень квалификации буровой бригады и организация материально-технического обеспечения;
  • способы и техника освоения, эксплуатации и ремонта скважины.

К объективным геологическим факторам относят предполагаемую и фактическую литологию, стратиграфию и тектонику разреза, мощность пород с различными проницаемостью, прочностью, пористостью, наличие флюидосодержащих пород и пластовые давления.

Геологическое строение разреза горных пород при проектировании конструкции скважин учитывают как неизменный фактор.

В процессе разработки залежи ее начальные пластовые характеристики будут изменяться, так как на пластовые давления и температуру влияют продолжительность эксплуатации, темпы отбора флюидов, способы интенсификации добычи и поддержания пластовых давлений, использование новых видов воздействия на продуктивные горизонты в целях более полного извлечения нефти и газа из недр, поэтому эти факторы необходимо учитывать при проектировании конструкции скважин.

Конструкция скважин должна отвечать условиям охраны окружающей среды и исключать возможное загрязнение пластовых вод и межпластовые перетоки флюидов не только при бурении и эксплуатации, но и после окончания работ и ликвидации скважины. В связи с этим необходимо обеспечивать условия для качественного и эффективного разобщения пластов. Это один из главнейших факторов.

Все технико-экономические факторы — субъективные и изменяются во времени. Они зависят от уровня и степени совершенства всех форм организации, техники и технологии буровых работ в совокупности. Эти факторы влияют на выбор конструкции скважин, позволяют ее упростить, однако не являются определяющими при проектировании. Они изменяются в широких пределах и зависят от исполнителей работ.

Таким образом, принципы проектирования конструкций скважин прежде всего должны определяться геологическими факторами.

Простая конструкция (кондуктор и эксплуатационная колонна) не во всех случаях рациональна. В первую очередь это относится к глубоким скважинам (4000 м и более), вскрывающим комплекс разнообразных отложений, в которых возникают различные, иногда диаметрально противоположные по характеру и природе осложнения.

Следовательно, рациональной можно назвать такую конструкцию, которая соответствует геологическим условиям бурения, учитывает назначение скважины и другие, отмеченные выше, факторы и создает условия для бурения интервалов между креплениями в наиболее сжатые сроки. Последнее условие является принципиальным, так как практика буровых работ четко подтверждает, что чем меньше времени затрачивается на бурение интервала ствола между креплениями, тем меньше число и тяжесть возникающих осложнений и ниже стоимость проводки скважины.

Источник

Нефть, Газ и Энергетика

Блог о добычи нефти и газа, разработка и переработка и подготовка нефти и газа, тексты, статьи и литература, все посвящено углеводородам

Назначение и оборудование скважин

По назначению выделяют следующие скважины:

  • добывающие — нефтяные и газовые, предназначенные для добычи нефти, газа и попутной воды;
  • нагнетательные — служащие для нагнетания в пласт воды, пара, газа и различных ра­ створов;
  • специальные — используемые для специфичных работ исследований (контрольные, пьезометрические, водозаборные и т.д.).

Наземное (устьевое) оборудование вклю­чает арматуру, устанавливаемую на устье, подземное (скважинное) — оборудование ствола скважины.

В целом конструкция скважины представлена, в зависимости от геологических и техно­ логических факторов, несколькими концентрически спущенными на различную глубину ко­ лоннами обсадных труб.

Ниже приводится наиболее характерная конструкция скважин ме­ сторождений, разрабатываемых НГДУ :

  • Кондуктор — d = 245 мм спускается на глубину 500 м для добывающих скважин, и 700 м — нагнетательных. Цементируется до устья. Служит для перекрытия верхних неустойчивых пород, предотвращения осыпей и прихвата инструмента при бурении.
  • Эксплуатационная колонна — d = 139,7; 146 или 168 мм спускается на глубину на 50 м ниже проектного горизонта. Цементируется на 100 м выше башмака кондуктора.
Читайте также:  Навесное оборудование для трактора горыныч

Эксплуатационная колонна окончательно образует ствол скважины.

Глубина цементного стакана, остающегося после цементирования эксплуатационной колонны, является искусственным забоем. В процессе эксплуатации скважины забой может быть засорен осадком, аварийным оборудованием и т.п. В этом случае верхняя точка явля­ ется текущим забоем скважины.

Верхняя часть обсадных труб заканчивается колонной головкой. Она предназначена для крепления и обвязки обсадных колонн с целью герметизации межтрубного пространства, контроля и управления межтрубными проявлениями и служит основанием для устьевого оборудования.

Источник

Оборудование эксплуатационной скважины

Эксплуатационными скважинами называются скважины, с помощью которых осуществляется непосредственная добыча нефти, газа и газового конденсата.

Нагнетательныминазываются скважины, через которые в пласт нагнетается вода, газ, пар.

В ряде случаев скважины добывающие нефть используются как нагнетательные и наоборот. Поэтому и те и другие скважины отнесены к эксплуатационным. Эксплуатационная скважина является основным видом сооружений. Совокупность эксплуатационных скважин представляет собой эксплуатационный фонд скважин, стоимость которого составляет до 75-80% стоимости всего оснащения промысла. Долговечность скважины должна соответствовать периоду разработки продуктивного пласта 30 40 лет.

Эксплуатационные скважины сооружаются двух типов: вертикальные и наклонные. Наклонная форма вызвана необходимостью направления ствола в заданный участок пласта: такие скважины называют наклонно-направленными.

Профили этих скважин бывают разными в зависимости от требований технологии проводки скважины и способа её эксплуатации.

Схемы профилей эксплуатационных скважин:

1 — вертикальный участок; 2, 4 — горизонтальная зона; 3, 5 — вертикальный участок

b) Наклонный с небольшим отклонением забоя от вертикали: состоит из вертикального, переходного и наклоннопрямолинейного участков.

c) Профиль С имеет вертикальный участок, участок набора зенитного угла, наклоннопрямоугольный участок, участок уменьшения зенитного угла;

d) Наклоннопрямолинейный участок отсутствует.

Каждый из показанных профилей эксплуатационной скважины предопределяет особенности эксплуатации как её так и спущенного в неё оборудования.

Рассмотрим принципиальную схему эксплуатационной скважины и её оборудования. Скважина состоит из устьевого, стволового и фильтрового участков каждый из которых оснащен соответствующим оборудованием: колонной головкой ( 1 ), направлением (2 ), кондуктором ( 3 ), эксплуатационной колонной ( 4 ), фильтром ( 6 ), иногда скважина оснащается капером или клапаном – отсекателем пласта ( 5 ).

Ствольная часть эксплуатационной скважины образована концентричными колоннами обсадных труб зацементированных в горных пародах.

Последняя — внутренняя обсадная колонна называется эксплуатационной и служит каналом соединяющим пласт с устьем. Наружная обсадная колонна – направление спускается на глубину нескольких метров и цементируется на всю длину. Внутри направления размещается кондуктор от 200 800 м, цементируется на всю длину.

Между кондуктором и эксплуатационной колонной могут спускаться технические или промежуточные колонны. Они спускаются в зависимости от геологических пород, глубины скважины, техники и технологии её проводки.

Колонная головка монтируется на кондукторе, обвязывает в единую систему кондуктор, технические и эксплуатационные колонны скважины и служит базой для спускаемого в скважину оборудования и установки устьевого оборудования.

Фильтровая часть эксплуатационной скважины обеспечивает её связь с пластом, ствол скважины находится под постоянным давлением горных пород, а эксплуатационная колонна под давлением пластов и закачиваемых жидкостей или газа. Кроме внутреннего и наружного давлений обсадные колонны несут нагрузку от собственного веса, а кондуктор воспринимает вес или часть веса остальных колонн. Колонная головка воспринимает усилие от обсадных колонн, внутреннего давления, веса оборудования базирующегося на ней. Как внутреннее давления так и наружное в процессе эксплуатации скважины меняются (фонтанный способ, скважинный насос, станок-качалка и т.д.).

Происходит истирание эксплуатационной колонны при штанговой эксплуатации из-за наличия абразивных сред.

Одновременно происходит износ колонны из-за коррозионно-агресивных вод и наличия сероводорода Н 2S — 20 25%. Усложняются условия работы оборудования скважины за счет увеличения температуры пластовой жидкости или газа до 250 0 С, за счет закачки в пласт под большим давлением кислоты, рабочих жидкостей, газа.

Таков комплекс факторов из которых слагаются условия работы эксплуатационной скважины. Упущение какого-либо из этих факторов приводит к серьезным осложнениям.

2. Оборудование устья эксплуатационной скважины

На устье скважины обсадные колонны обвязываются колонной головкой. Колонная головка жестко соединяет в единую систему все обсадные колонны скважины, воспринимает усилия от их веса и передает всю нагрузку кондуктору. Она обеспечивает изоляцию и герметизацию межколонных пространств и одновременно доступ к ним для контроля состояния ствольной части скважины и выполнения необходимых технологических операций. Она служит пьедесталом для монтажа эксплуатационного оборудования, а во время бурения – превентора.

Конструктивно колонная головка – сочетание нескольких связанных между собой элементов – катушек или крестовин несущих обсадных колонн.

Условия работы колонной головки сложны: нагрузка от веса обсадных колонн, давление от среды контактирующей с ней и коррозийное воздействие, а также температурные воздействия от теплоносителей, закачиваемых в пласт, окружающей среды с температурами «+»150 250 0 С и «-» 60 0 С. всё это требует обеспечения высокой надежности элементов колонной головки в течении всего срока эксплуатации.

Конструкция колонной головки

Колонная головка состоит из корпуса (4) навинченного на обсадную трубу (6) (кондуктор), клиньев (3) удерживающих обсадную колонну (7).

Межтрубные пространства разобщаются уплотнением (2). На колонной головке предусмотрена задвижка (5) для обеспечения заступа в затрубное пространство. Такими головками оборудуются скважины глубиной 1500 2000 м с давлением до 25 Мпа. Изготавливаются и колонные головки для оборудования и с большим числом обсадных колонн: трех, четырех, пяти колонных. Принципиальные схемы таких колонных головок аналогичны. Для изготовления колонных головок используются легированные стали (35ХМЛ, 35ХМ, 40Х). колонные головки изготавливают согласно стандарту в котором регламентируются основные параметры (диаметр, рабочее давление, условный диаметр обсадной колонны и др.). стандартом предусмотрены рабочие давления: 14; 21; 35; 70; 105 Мпа. При рабочих давлениях до 35 МПа пробное составляет 2Р раб, , а свыше 35 МПа – 1,5 Р раб.

3. Оборудование стволовой и фильтровой частей скважины

Стволовая часть скважины образована колоннами обсадных труб и цементными кольцами.

Обсадные трубы изготавливаются из горячекатаных стальных заготовок. Стандартами регламентируются механические свойства стали, геометрические размеры труб и муфт, конструкция труб, типы соединений, а также методы и параметры их испытаний. Стали труб с определенными механическими свойствами входят в соответствующие группы прочности, их насчитывается семь: С, Д, К, Е, Л, М, Р. Стандартами регламентируются основные показатели:

1) Временное сопротивление в МПа от 550 1100

2) Предел текучести в МПа от 320 950

3) Относительное удлинение в % от 18 12

Стандартом предусматривается изготовление труб с короткой, нормальной и удлиненной резьбами 15 диаметральных размеров. В настоящее время эксплуатационные колонны собираются из труб диаметром: 114, 127, 146, 168, 194 (наиболее часты 168 и 146 мм.).

На подбор диаметра обсадной колонны влияет: способ бурения скважин, необходимость уменьшения металлоемкости колонны, дебиты скважин.

К неизвлекаемым относится стрелянный фильтр, полученный путем перфорации колонны и цементного кольца. Гидродинамическое качество такого фильтра низкое, более высокое обеспечивается засыпкой гравия необходимой фракции между стволом скважины и перфорированной частью эксплуатационной колонны.

К сменным фильтрам относятся: гравийные, каркасно-стержневые, гравитационные, металлокерамические.

Сменный гравийный фильтр представляет собой две концентрично расположенные трубы, между которыми засыпан гравий. Фильтр в сборе спускается в скважину в зону пласта. В верхней и нижней части герметизируется.

Фильтр металлокерамический состоит из корпуса и фильтрующих элементов, изготовленных из спеченныхметаллических шариков. Подбором диаметра шариков обеспечивается проницаемость фильтра.

Высота фильтра должна соответствовать толщине пласта. Устанавливается он аналогично гравийному.

Необходимость применения фильтров обусловлена механическими свойствами породы продуктивного пласта, для исключения ускоренного износа всего оборудования скважины.

4. Оборудование скважины для предупреждения открытого фонтанирования

Некоторые виды ремонта и обслуживания нефтяных и газовых скважин в фонтанный период их эксплуатации связаны с необходимостью глушения скважин утяжеленными растворами. К глушению скважины прибегают и при аварийном фонтанировании скважины, а так же при спуске в фонтанную скважину труб или другого оборудования.

Для исключения открытого фонтанирования при аварийном разрушении устьевого оборудования или во время ремонтных работ, скважины способные фонтанировать оборудуются размещенными в нижней части ствола скважины клапанами — отсекателями для разъединения нижней фильтровой части скважины и её верхней части: клапан-отсекатель позволяет выполнить все необходимые в период эксплуатации скважины технологические процессы (кислотная обработка, гидроразрыв и т.д.). Поэтому клапан-отсекатель дополняется другим оборудованием – пакер, якорь удерживающий пакер на заданном уровне, канал связи для управления клапаном и т.д.

а- неизвлекаемый пакер (разбуриваемый), б – извлекаемый пакер.

Читайте также:  Установка и настройка сетевого оборудования что это такое

Пакер сложное гидроустройство имеет систему уплотнений, каналов, проточек, зон, пружин обеспечивающих его работоспособность.

Самостоятельную группу составляют пакеры устанавлеиваемые в колонне с помощью кабельного адаптерного прибора. Электрический импульс подрывает заряд и за счет давления газа в спецкамере устанавливается пакер. Поднимается пакер с помощью специального инструмента. Для обеспечения надежности работы пакера обсадная труба в зоне его установки должна быть строго цилиндрична и очищена от отложений смол, абразива, цемента и т.д.

При внутрискважинных ремонтах под давлением, клапан-отсекатель с пакером оснащают клапанами различных назначений.

Конструкции специальных клапанов

1) Циркуляционный служит для временного сообщения центрального прохода колонны с затрубным пространством при промывках забоя, обработке забоя хим. реагентами при аварийном глушении скважин.

Клапан устанавливается на колонне НКТ и извлекается вместе с ней.

Управляется клапан смещением втулки вверх и вниз при котором совпадают или перекрываются отверстия а и б в корпусе и втулке.

2) Уравнительный клапан применяется для выравнивания давления со стороны запорного элемента скважинного прибора для его открытия или извлечения.

Состоит из корпуса (1), скобы (2) и пружинного клапана (3). Клапан открывается с помощью штанги опускаемой на проволоке или канате.

3) Приемный клапан используется для посадки пакера или других видов работ, когда требуется перекрыть проход колонны для создания в ней давления

4) Обратный клапан применяется для перекрытия прохода колонн при спуске подъеме их под давлением.

5) Глухие пробки применяются для герметизации прохода колонны в посадочном ниппеле по уплотняемой цилиндрической поверхности.

6) Посадочный ниппель – элемент сборки колонны для установки и фиксации скважинных аппаратов и приборов спускаемых на проволоке или канате.

Компоновка оборудования скважины комплексом устройств

в сочетании с клапаном-отсекателем пласта.

Схема компоновки оборудования

1 — фонтанная арматура; 2 — ниппель для опрессовочного клапана; 3 — телескопическое соединение; 4 — ингибиторный клапан; 5 — циркуляционный клапан; 6 — циркуляционный механический клапан; 7 — разъединитель колонны; 8 — пакер; 9 — ниппель для клапана-отсекателя; 10 — клапан-отсекатель с замком; 11 — ниппель для приемного клапана; 12 — башмачный клапан.

Промышленностью выпускаются комплексы подземного оборудования для управления скважинными отсекателями КУСА включающими наряду со скважинными приборами станцию управления двух модификаций с электро- и пневмоприводом на рабочие давленияе 35 МПа и 50МПа. Для обеспечения возможности ремонта скважин под давлением в комплексах скважинного оборудования применяются разъединители колонн.

Элементы комплексов стандартизированы: регламентируются наружные и внутренние диаметры пакеров, якорей, размеры элементов клапана-отсекателя, всех клапанов, ниппелей, втулок.

Источник

Конструкция скважины на воду: строение, как выглядит и работает

Содержание

При отсутствии централизованного водоснабжения обеспечить дом водой можно с помощью искусственного автономного источника – скважины или колодца. Этот вариант многим кажется гораздо предпочтительнее первого, так как позволяет не зависеть от работы общей системы и самостоятельно контролировать такие параметры, как напор и качество воды. По сравнению с колодцем, конструкция скважины более надежна и эффективна, поэтому именно её владельцы загородных домов выбирают чаще.

Из чего состоит водяная скважина

Если посмотреть на скважину в разрезе, то видно, что это длинный и узкий шурф, уходящий в недра земли до водоносных слоев. От колодца она отличается очень небольшим диаметром по сравнению с длиной (глубиной) канала. Устройство скважины зависит от её назначения, это может быть геологоразведка с изучением структуры грунта, поиск месторождений природных ресурсов, добыча газа, нефти, воды.

Нас в первую очередь интересует устройство скважины для воды – из каких элементов она состоит, каким образом и с помощью какого оборудования вода из неё подается потребителям.

Основные составляющие водяной скважины – это ствол, забой и устье.

  • Стволом называют вертикальную выработку в земле, в которую опущены обсадные трубы.
  • Забой – это дно канала, его самая нижняя часть.
  • Устье – верхняя часть скважинной трубы, выступающая над поверхностью почвы.

Промежуток между внешней поверхностью обсадной трубы и земляными стенками пробуренного канала заполняют цементным раствором, который делает конструкцию более прочной и герметизирует скважину.

Конструкция скважины это ещё и состоящая из нескольких труб обсадная колонна, изолирующая канал с водой от земляных стенок ствола и предотвращающая их разрушение. Герметичность на стыках труб обеспечивает их резьбовое соединение.

В нижней водозаборной части скважины находится фильтр, препятствующий проникновению в канал песка, ила и других нерастворимых частиц, загрязняющих воду. А в верхней – оголовок либо адаптер в зависимости от того, какой насос применяется для подачи воды из скважины в водопроводную систему.

Трубы для обсадки

Обсадные трубы, герметизирующие ствол подземного источника, изготавливают из разных материалов. Раньше использовали асбестовые и металлические изделия, в основном – из нержавеющей, оцинкованной или обычной стали, реже – из эмалированной.

Сейчас большей популярностью пользуется обсадка из труб ПНД (полиэтилена низкого давления) и ПВХ (поливинилхлорида). Эти материалы имеют малый вес и хорошую прочность, в отличие от асбеста, и не подвержены коррозии и разрушению в отличие от стали. Кроме того, они самые доступные по цене. Поэтому водяная скважина получается недорогой, долговечной, ремонтопригодной и не загрязняет воду ржавчиной.

Стандартным и самым простым способом соединения труб в одну колонну является резьба, но возможна стыковка с применением сварки и муфтовых соединений. Сами трубы имеют длину от 3 до 6 метров, а их диаметр адаптирован к габаритам скважинных погружных насосов, которые и являются основным критерием для выбора сечения труб. Стандартные размеры сечения, которые могут незначительно отличаться у разных производителей:

  • 89 мм;
  • 108 мм;
  • 114 мм;
  • 127 мм;
  • 133 мм.

Фильтры

Конструкция скважины на воду обязательно включает в себя фильтрующее устройство в забое, задача которого очищать воду от твердых примесей перед попаданием в обсадную колонну. Существует несколько разновидностей таких фильтров.

Это просто подушка из гравия, засыпанная в забой скважины, которая задерживает основные загрязнения со дна. Одного гравийного фильтра недостаточно для качественной очистки воды, он применяется только в качестве дополнительного барьера.

Если водозабор производится из известняковых или галечных пород, в которых отсутствуют мелкие примеси, достаточно грубого фильтра, представляющего собой трубу с просверленными в стенках круглыми отверстиями. Они задерживают крупные частицы и обломки, способные повредить насос.

Такой фильтр обычно устраивают на пластиковых трубах, делая длинные и тонкие прорези в их стенках. Воды через них просачивается легко, а песок остается снаружи.

Когда ствол скважины погружен в песчаные слои грунта, работа насоса вызывает движение песчинок. Чтобы не пропустить их в канал, нужен фильтр с мелкими отверстиями. Его делают из сетки, устойчивой к коррозии и истиранию. Материалом для неё может служить нержавеющая сталь, пластик, стеклоткань, капрон. Сетка крепится на каркасе – перфорированной трубе того же диаметра и из того же материала, что и обсада.

Вместо сетки на каркас плотными спиральными рядами наматывают проволоку клиновидного сечения. Такой фильтр стоит дороже сетчатого, но он прочнее и долговечнее.

Видео описание

В этом видеоролике показано, как можно сделать скважинный фильтр своими руками:

Длина фильтрующей части зависит от характеристик водоносного слоя. Чем больше в нем мелких примесей, тем она длиннее. В среднем она составляет 2 метра.

Оголовок

От того, какой насос используется для забора воды, погружной или поверхностный, зависит, как устроена скважина для воды в своей верхней части.

Погружное оборудование находится непосредственно в обсадной колонне на определенном расстоянии от дна. Чтобы зафиксировать его в заданном положении и не допустить загрязнения воды через устье, применяют стальные, чугунные или пластиковые оголовки, устанавливаемые на верхний срез трубы.

Это типовая конструкция, подходящая к стандартным сечениям обсадных труб. Состоит она из двух фланцев с резиновой прокладкой между ними, выходными отверстиями для напорного трубопровода и электрического кабеля, и карабина для крепления насоса на тросе. Сначала на трубу надевается нижний фланец, затем через уплотнительное кольцо к нему болтами притягивают верхний с подвешенным насосом.

«Грузоподъемность» оголовка зависит от материала изготовления:

  • стальной выдерживает вес оборудования до 500 кг;
  • пластиковый – до 250 кг.

Адаптер

Если устройство скважины на воду предполагает перекачивание воды поверхностным насосом, то он забирает её через шланг или трубопровод, который входит в обсадную колонну через её стенку. Этот вход осуществляется через адаптер – конструкцию, одна часть которой устанавливается внутри скважины и соединяется с напорным трубопроводом, а вторая накручивается на неё снаружи через отверстие в стенке и соединяется с водопроводной магистралью. Герметичность соединения обеспечивают резиновые прокладки.

Если скважина эксплуатируется круглый год, точка ввода располагается ниже уровня промерзания грунта, чтобы вода в подающей магистрали не замерзала зимой.

Видео описание

Из чего состоит скважина, как её правильно обустроить, смотрите в видео:

Источник