Что качает нефть как называется
Как добывают нефть
Недавно прочитал сообщение, что мэр Москвы Сергей Собянин открыл Музей нефти на Сретенском бульваре. «В Москве нет нефтяных вышек, нефтяных месторождений, но у нас есть огромные отряды людей, которые двигают академическую науку, прикладную, образование, которое работает в значительной части на нефтяную отрасль страны, делая ее передовой», — подчеркнул на открытии мэр Москвы Сергей Собянин.
Молодец, Сергей Семёнович. И дело хорошее сделал – музей открыл, и слова хорошие сказал, вот только несмотря на то, что долгое время проработал на руководящих должностях в нефтедобывающих регионах, немного ошибся с терминологией. «Нефтяных вышек» нет не только в Москве, их нет нигде в мире. Есть буровые вышки (см. фото вверху), являющиеся частью буровых установок, а нефтяных нет. А что же тогда есть?
А вот о том, какими способами и с помощью какого оборудования добывают нефть в России и мире я и постараюсь максимально доступным языком рассказать и наглядно показать в своей статье. (На фотографии вверху — буровая площадка в окрестностях Нарьян-Мара. Снимок не очень качественный, поскольку сделан автором через иллюминатор вертолёта).
Начну с того, что нефть добывают из скважин. Скважина – это цилиндрическая горная выработка (отверстие в земле), незначительного диаметра и большой глубины, предназначенная для подъёма жидкости (вода, нефть) или газа на поверхность.
Диаметр нефтяных скважин, как правило, ступенчато уменьшается от устья (выход скважины на поверхность) до забоя (дно скважины). Диаметр скважин начинается от 40 мм и редко бывает больше 900 мм. Средняя глубина нефтедобывающих скважин в России 2500 м. В скважины спускают специальные трубы, называемые обсадными, чтобы предохранить стенки скважин от обрушения.
В зависимости от геологических условий нефтяного месторождения бурят различные типы скважин:
Длиной скважины называется расстояние между устьем и забоем, измеряемое по оси ствола. Глубиной является проекция длины скважины на её вертикальную ось. Для вертикальных скважин эти значения одинаковы, а вот для наклонно-направленных и горизонтальных – различаются.
Нефтяные скважины бурят как на суше, так и на море, но сегодня мы бурения касаться не будем, а перейдём сразу к способам добычи нефти или, как выражаются нефтедобытчики, к способам эксплуатации скважин.
В настоящее время применяются только два основных способа эксплуатации скважин:
Фонтанный способ добычи нефти
Данный способ применяется при высоком пластовом давлении. В этом случае нефть фонтанирует, поднимаясь на поверхность по насосно-компрессорным трубам (НКТ) за счет энергии пласта. Фонтанирование может происходить за счёт гидростатического напора (очень редко) или за счет энергии расширяющегося газа (в большинстве случаев, поскольку находящийся вместе с нефтью в пласте газ играет главную роль в фонтанировании скважины).
К преимуществам такого способа относится его высокая экономичность, поскольку подъем происходит естественным путем, что не требует применения дорогостоящего нефтедобывающего оборудования, позволяя тем самым сэкономить как на его стоимости, так и на техническом обслуживании.
Оборудование любой скважины, включая фонтанную, должно обеспечивать добычу продукции в заданном режиме и безопасное проведение всех необходимых технологических операций. Оно подразделяется на скважинное (подземное) и устьевое (наземное).
Для фонтанного способа добычи нефти требуется технологически простое наземное и подземное оборудование.
Из подземного оборудования в скважину спускают НКТ с воронкой на конце для удобства спуска-подъёма исследовательских приборов. Колонна НКТ состоит из стальных бесшовных труб длиной 5 – 10 м, соединённых между собой резьбовыми муфтами. Диаметр НКТ варьируется от 27 мм до 114 мм, толщина стенки от 3 мм до 7 мм. НКТ – основной рабочий инструмент при эксплуатации скважин. Эксплуатационная обсадная колонна, как правило, спускается в скважину, цементируется от забоя до устья, и больше не поднимается на поверхность, поэтому все подземные операции выполняются с помощью НКТ: подъём скважинной жидкости на поверхность, ремонтные и промывочные работы и т.д.
В качестве наземного оборудования на устье скважины устанавливается фонтанная арматура (ФА). ФА предназначена для подвески колонны НКТ, герметизации межтрубного (затрубного) пространства, для эксплуатации, регулирования режима работы и ремонта скважины, а также для направления продукции скважины в выкидную линию (т.е. трубу по которой нефть поступает из скважины к замерной установке).
Обслуживают скважины операторы добычи нефти и газа
Фонтанный способ эксплуатации нефтяных скважин применяется на начальном этапе разработки месторождений. По завершению процесса фонтанирования, на скважине начинают применять механизированные методы добычи.
Газлифтный способ добычи нефти
Газлифт является одним из механизированных способов добычи нефти и логическим продолжением фонтанного способа и, в принципе, мало чем от него отличается. При его использовании нефть поднимается из забоя за счет энергии газа, нагнетаемого с устья. На этот способ переходят тогда, когда энергии пласта становится недостаточно для выталкивания нефти, поэтому её подъем начинают осуществлять с помощью подкачки в пласт сжатого газа.
Для сжатия газа используют компрессоры высокого давления. Этот способ называют компрессорным. Бескомпрессорный способ газлифта осуществляют методом подачи в пласт газа, уже находящегося под высоким давлением. Такой газ подводят с ближайшего месторождения.
Несмотря на то, что данный способ отличает простота обслуживания скважин, и он максимально удобен для подъема больших объемов нефти с высоким содержанием газа, он становится всё менее востребованным из-за того, что требует больших затрат на строительство компрессорных станций и газопроводов высокого давления. В настоящее время газлифтным способом добывается не более 5% нефти в России.
В этом ролике (4 минуты) от компании Weatherford очень наглядно (и, главное, без единого слова), показаны технологии, применяемые при газлифтной добыче нефти:
Насосные способы добычи нефти
К насосным способам механизированной добычи нефти относят, как несложно догадаться, добычу нефти при помощи различных видов насосных установок. Обратите внимание, что речь идёт именно об «установках», поскольку кроме, собственно, насоса необходимо и другое погружное (т.е. монтируемое в скважине) и наземное оборудование.
В настоящее время для добычи нефти применяются различные скважинные насосные установки:
Добыча нефти при помощи установки штангового глубинного насоса (УШГН)
Да, да, да. Это именно та самая, всем известная «качалка», фотографию которой наиболее часто используют, когда говорят о нефтедобыче. Это обусловлено, с одной стороны, тем, что УШГН – самый старый и наиболее распространенный в мире вид механизированной эксплуатации нефтяных скважин, а, с другой стороны, тем, что это наиболее «фактурное» нефтедобывающее оборудование.
Для понимания распространённости. Во всем мире сейчас находится в эксплуатации около 2 миллионов нефтяных скважин. УШГН оснащены примерно 750 000 из более чем 1 миллиона скважин, где применяют тот или иной способ механизированной добычи.
УШГН действует по принципу поршневого устройства: при помощи возвратно-поступательных движений наземного привода через колонну насосных штанг глубинный насос поднимает нефть к поверхности. Станок-качалка приводится в движение при помощи электрического двигателя через клиноременную передачу. Также применяются и другие типы приводов для ШГН: цепной привод, гидравлический привод, длинноходовой привод, но назначение у всех одно – привести в движение колонну штанг, обеспечив работу глубинного насоса.
Из всех просмотренных мной на youtube роликов про принцип работы УШГН (на русском языке), именно этот показался мне наиболее предпочтительным с точки зрения доступности, полноты изложения, визуализации и длительности (5 минут):
Добыча нефти при помощи установки электрического центробежного насоса (УЭЦН)
На фотографии вверху видна фонтанная арматура скважины, оснащённой УЭЦН. Сначала объясню, для чего нужны УЭЦН, если есть «качалки». Дело в том, что у УШГН (СШНУ) есть много недостатков, которых лишены УЭЦН, а именно:
Основные компоненты УЭЦН:
ЭЦН приводится в действие с помощью электродвигателя, расположенного в скважине (поэтому он и называется «погружным»). Подвод электроэнергии к нему осуществляется по погружному бронированному кабелю. Электродвигатель может быть асинхронным (магнитное поле создается статором двигателя) или вентильным (магнитное поле создается постоянными магнитами, находящимися в роторе двигателя), который имеет более высокий КПД. Управление погружной установкой производится через станцию управления (СУ). Применяются СУ прямого пуска, а также СУ с возможностью регулирования частоты вращения погружного электродвигателя.
В этом кратком (1 минута) ролике от компании Weatherford очень наглядно (и, главное, без единого слова), показан принцип работы УЭЦН:
Для вашего удобства, привожу перевод терминов, использованных в ролике:
Electric Submersible Pumping System — установка электрического центробежного насоса (УЭЦН)
Motor — погружной электродвигатель
Seal — гидрозащита
Gas Separator — газосепаратор
Submersible Pump – погружной электроцентробежный насос (ЭЦН)
Gas — газ
Oil – нефть
Добыча нефти при помощи установки электроприводного винтового насоса (УЭВН)
Винтовой насос – это насос объёмного действия, подача которого прямо пропорциональна частоте вращения специального винта. При вращении винт (ротор) и его обойма (статор) образуют по всей длине ряд замкнутых полостей, которые передвигаются от приёма насоса к его выкиду. Вместе с ними перемещается и откачиваемая жидкость.
Существует два варианта применения винтовых насосов для добычи нефти.
При первом (как на картинке вверху), который получил наибольшее распространение, электродвигатель и редуктор монтируются на устье скважины и связаны между собой ременной передачей. Обойма винтового насоса спускается в скважину на НКТ, а винт крепится к штангам, которые вращаются электродвигателем через редуктор.
При втором варианте (набирает популярность), схема установки УЭВН аналогична УЭЦН, т.е. винтовой насос приводится в действие погружным электродвигателем, который передаёт крутящий момент напрямую на вал винтового насоса через протектор. Благодаря приводу от погружного электродвигателя, в такой установке не применяются насосные штанги и редуктор, являющийся самым ненадёжным и дорогостоящим компонентом традиционной УЭВН.
УЭВН применяются, главным образом, в скважинах с высоковязкой нефтью.
В этом ролике от компании Weatherford «Progressing Cavity Pumping System» показан принцип работы УЭВН (достаточно посмотреть первые 2 мин.):
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Что то не могу придумать какую интересную тему вам рассказать, а для этого случая у меня всегда есть ваша помощь в виде майского стола заказов. Обратимся туда и послушаем френда skolik: «Очень хочется понять принцип действия нефтяных качалок, знаете, такие молоточки, которые туда сюда трубу в землю гоняют.»
Сейчас мы узнаем подробнее как там все происходит.
Станок-качалка это один из главных, основных элементов эксплуатации нефтедобывающих скважин насосом. На профессиональном языке это оборудование называется: «Индивидуальный балансирный механический привод штангового насоса».
Используется станок-качалка для механического привода к нефтяным скважинным насосам, называемым штанговыми или плунжерными. Конструкция представляет собой состоящий из редуктора и сдвоенного четырехзвенного шарнирного механизма, балансирный привод штанговых насосов. На фото показан основной принцип работы такого станка:
В 1712 году Томас Ньюкомен создал аппарат для выкачивания воды из угольных шахт
В 1705 году англичанин Томас Ньюкомен совместно с лудильщиком Дж. Коули построил паровой насос, опыты по совершенствованию которого продолжались около десяти лет, пока он не начал исправно работать в 1712 году. На своё изобретение Томас Ньюкомен так и не смог получить патент. Однако он создал установку внешне и по принципу действия напоминающую современные нефтяные качалки.
Томас Ньюкомен был торговцем скобяными изделиями. Поставляя свою продукцию на шахты, он хорошо знал о проблемах, связанных с затоплением шахт водой, и для их решения и построил свой паровой насос.
Машина Ньюкомена, как и все ее предшественницы, работала прерывисто — между двумя рабочими ходами поршня была пауза, пишет spiraxsarco.com. Высотой она была с четырех-пятиэтажный дом и, следовательно, исключительно «прожорлива»: пятьдесят лошадей еле-еле успевали подвозить ей топливо. Обслуживающий персонал состоял из двух человек: кочегар непрерывно подбрасывал уголь в топку, а механик управлял кранами, впускающими пар и холодную воду в цилиндр.
В его установке двигатель был соединён с насосом. Эта довольно эффективная для своего времени пароатмосферная машина использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке. Такую технологию, в наше время используют бетононасосы на стройках.
Однако на своё изобретение Ньюкомен не смог получить патент, так как паровой водоподъёмник был запатентован ещё в 1698 году Т. Севери, с которым Ньюкомен позднее сотрудничал.
Паровая машина Ньюкомена не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными. Однако заслуга Ньюкомена в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы, информирует wikipedia. Его машина стала предшественницей универсального двигателя Дж. Уатта.
Всем приводам приводы
Время фонтанирующих скважин, относящееся к периоду освоения месторождений Западной Сибири, давно закончилось. За новыми фонтанами в Восточную Сибирь и другие регионы с разведанными запасами нефти мы пока не спешим — слишком дорогое это занятие и не всегда рентабельное. Сейчас нефть практически везде добывают с помощью насосов: винтовых, поршневых, центробежных, струйных и т. д. Одновременно создаются все новые и новые технологии и оборудование для трудноизвлекаемых запасов сырья и остаточной нефти.
Тем не менее ведущая роль в добыче «черного золота» по-прежнему принадлежит станкам-качалкам, которые используются на нефтепромыслах России и зарубежья вот уже более 80 лет. Эти станки в специальной литературе чаще называются приводами штанговых глубинных насосов, но аббревиатура ПШГН не особенно прижилась, и их по-прежнему именуют станками-качалками. По мнению многих нефтяников, пока по настоящему не создано другого более надежного и простого в обслуживании оборудования, чем эти приводы.
После распада СССР производство станков-качалок в России были освоено 7—8 предприятиями, но стабильно они производятся тремя-четырьмя, из которых ведущие позиции занимают АО «Ижнефтемаш», АО «Мотовилихинские заводы», ФГУП «Уралтрансмаш». Немаловажно, что эти предприятия выживали в острой конкурентной борьбе и с отечественными, и с зарубежными производителями аналогичной продукции из Азербайджана, Румынии, США. Первые станки-качалки российских предприятий выпускались на основе документации Азербайджанского института нефтяного машиностроения («АзИНМаш») и единственного производителя этих станков в СССР — завода «Бакинский рабочий». В дальнейшем станки совершенствовались в соответствии с передовыми мировыми тенденциями в нефтяном машиностроении, имеют сертификаты API.
Для первых качалок использовали вышки для ударно-канатного бурения по завершении бурения, при этом для приведения в действие глубинного насоса применяли балансир бурильного станка. Несущие элементы этих установок делали из дерева с металлическими подшипниками и оснасткой. Приводом служили паровые машины или одноцилиндровые низкооборотные двигатели внутреннего сгорания, снабженные ременной передачей. Иногда позже добавляли привод от электромотора. В этих установках вышка оставалась над скважиной и силовая установка и главный маховик использовались для обслуживания скважины. Одно и то же оборудование применялось для бурения, добычи и обслуживания. Эти установки с некоторыми модификациями использовались примерно до 1930 г. К этому времени были пробурены более глубокие скважины, нагрузки на насосы увеличились и применение установок канатного бурения в качестве насосов изжило себя. Изображена старинная качалка, переделанная из вышки для ударно-канатного бурения.
Станок-качалка и есть один из элементов эксплуатации скважин штанговым насосом. По сути, станок-качалка является приводом штангового насоса, расположенного на дне скважины. Это устройство по принципу действия очень похоже на ручной насос велосипеда, преобразущий возвратно-поступательные движения в поток воздуха. Нефтяной насос возвратно-поступательные движения от станка-качалки преобразует в поток жидкости, которая по насосно-компрессорным трубам (НКТ) поступает на поверхность.
Современный насос-качалка, в основном разработанный в 1920-х годах, изображен на рис. Появление эффективных мобильных приспособлений для обслуживания скважин устранило необходимость во встроенных талях на каждой скважине, а создание долговечных, эффективных редукторов легло в основу более высокоскоростных качалок и первичных двигателей меньшего веса.
Противовес. Противовес, расположенный на плече кривошипа качалки — важный компонент системы. Он может быть также помещен на балансире для этой цели можно использовать пневмоцилиндр. Насосные установки делятся на установки с коромысловой, кривошипной и пневматической балансировкой.
Назначение балансировки становится понятным, если рассмотреть движение колонны насосных штанг и качалки на примере идеализированной работы насоса, изображенного. В этом упрощенном случае нагрузка на устьевой сальниковый шток при движении вверх состоит из веса штанг плюс вес скважинных флюидов. При обратном ходе это только вес штанг. Без какой-либо балансировки нагрузка на шестеренчатый редуктор и первичный двигатель во время движения вверх направлены в одну сторону. При движении вниз нагрузка направлена в противоположную сторону. Такой тип нагрузки весьма нежелателен. Он вызывает ненужный износ, срабатывание и перерасход топлива (энергии). На практике используется противовес, равный весу колонны насосных штанг плюс примерно половина веса поднимаемой жидкости. Правильный подбор противовеса создает наименьшие возможные нагрузки на редуктор и первичный двигатель, уменьшает поломки и простои и снижает требования к топливу или энергии. По оценкам, до 25% всех качалок, находящихся в эксплуатации, не сбалансированы должным образом.
Спрос: потенциал высокий
О состоянии рынка приводов штанговых глубинных насосов можно судить как по его оценкам экспертами, так и по статистическим данным. Выводы экспертов подтверждаются данными Госкомстата РФ: за 2001 год производство станков-качалок в сравнении с 2000 годом возросло в полтора раза и опередило по темпам роста другие виды нефтяного оборудования.
Провозглашение государством в качестве одного из приоритетов экономической политики задачи продвижения отечественной продукции на зарубежные рынки сыграло свою положительную роль. В настоящее время качественный уровень станков-качалок и традиционно низкие цены создают возможности для возвращения российской продукции в страны, ранее приобретавшие советское оборудование: Вьетнам, Индию, Ирак, Ливию, Сирию и другие, а также на рынки ближнего зарубежья.
Интересно и то, что ВО «Станкоимпорт» совместно с Союзом производителей нефтегазового оборудования организовали Консорциум ведущих российских предприятий. Основная цель объединения — содействие в продвижении нефтегазового оборудования на традиционные рынки российского экспорта, в первую очередь страны Ближнего и Среднего Востока. Одной из задач Консорциума является координация внешнеэкономической деятельности, связанной с размещением заказов на основе централизованного информационного обеспечения.
Рынок: конкуренция растет
Конкуренция на рынке приводов скважинных насосов существует давно. Ее можно рассматривать в различных аспектах.
Во-первых, это конкуренция между отечественными и зарубежными производителями. Здесь стоит отметить, что подавляющую долю рынка в сегменте станков-качалок занимает продукция отечественных предприятий. Она в полной мере соответствует потребностям по критерию цена-качество.
Во-вторых, конкуренция между самими российскими предприятиями, стремящимися занять свою нишу на рынке нефтегазового оборудования. Помимо уже упомянутых производством станков-качалок в нашей стране занимаются еще и другие предприятия.
В-третьих, в качестве альтернативы балансирным станкам-качалкам на нефтепромыслы продвигаются гидравлические приводы штанговых насосов. Здесь стоит отметить, что ряд предприятий готовы к этому виду конкуренции и их заводы могут выпускать оба типа приводов. К последним можно отнести АО «Мотовилихинские заводы», которое производит и приводы, и насосные штанги, и насосы. Например, гидрофицированный привод штангового насоса МЗ-02 монтируется на верхнем фланце арматуры скважины и не требует фундамента, что очень важно для условий вечной мерзлоты. Бесступенчатое регулирование длины хода и числа двойных ходов в широком интервале позволяет выбрать оптимальный режим работы. Преимущества гидрофицированного привода заключаются также в весе и габаритах. Они составляют 1600 кг и 6650x880x800 мм соответственно. Для сравнения — балансирные станки-качалки весят примерно 12 тонн и имеют размеры (ОМ-2001) 7960x2282x6415 мм.
Гидропривод рассчитан на длительную эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от –50 до плюс 45°С. Однако расчетные параметры, (это касается не только температуры и не только гидропривода) в реальных условиях нефтепромыслов не всегда выдерживаются. Известно, что одной из причин этого является несовершенная система обслуживания и ремонта техники.
Известно также, что эксплуатационники с опаской приобретают новое, малораспространенное оборудование. Балансирные же станки-качалки хорошо изучены, высоконадежны, способны длительное время работать под открытым небом без присутствия людей.
Кроме того, новая техника требует переподготовки кадров, и кадровая проблема — далеко не из последних проблем нефтяников, которая, впрочем, заслуживает самостоятельного разговора.
Однако конкуренция растет, а рынок приводов штанговых насосов развивается и сохраняет положительную динамику.
А я вам напомню про Умный лазер и Как напечатать себе печень.
Что качает нефть как называется
В ХХ столетии добыча углеводородов определила бурное технологическое развитие многих промышленных отраслей. В свою очередь, продолжают совершенствоваться и сами технологии добычи. Сегодня нефтяники умеют извлекать на поверхность содержащуюся в коллекторе жидкость эффективно и быстро
От фонтана до насоса
На этапе, когда разработка месторождения только начинается, нефть в пласте находится под большим давлением, и если внутренней природной энергии пласта оказывается достаточно, для того чтобы поднять нефть на поверхность, то говорят о фонтанном способе добычи. По мере истощения пластовой энергии фонтанирование скважин прекращается и возникает необходимость в механизированной добыче нефти. Фонтанирование можно вызывать и искусственно, поддерживая или увеличивая пластовое давление с помощью закачки в пласт различных жидких и газообразных агентов (заводнения). Искусственное поддержание пластового давления применяется и при механизи рованной добыче. Заводнение принято относить ко вторичным методам добы чи. В этом случае речь, как правило, идет о закачке в пласт самых естественных агентов — воды или природного газа. Но есть и другие способы воздействия на пласт, например, горячим паром, растворами различных химических соединений, кислотами. Их применяют на последней стадии разработки залежи и относят к третичным методам добычи. Третичная добыча предполагает массированное воздействие на пласт и существенное изменение характеристик пласта или содержащихся в нем флюидов. Решение, довольствоваться ли на начальном этапе разработки фонтан ной добычей или сразу приступать к механизированной, принимается исходя из исследований дебитов (см. врез) скважин и их последующего экономического анализа. Дело в том, что обычно дебит фонтанирующей скважины меньше, чем объемы нефти, которые мож но добыть с помощью погружных насо сов. С другой стороны, фонтанирование позволяет избежать дополнительных затрат на спуск насоса и электроэнергию для его работы. Только оценив все эти факторы, можно экономически обосновать применение того или иного метода добычи.
Современные технологии повышения эффективности добычи
Нередко в целях сокращения капитальных затрат и повышения скорости и эффективности разработки практикуют одновременную добычу сразу из нескольких продуктивных пластов месторождения. Однако такой способ добычи может закончиться опережающим обводнением наиболее продуктивных горизонтов и частичным или полным выключением из выработки других. Избежать подобных про блем позволяет современная технология одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ). Для ее реализации в скважину опускают специальное оборудование, которое изолирует разные участки ствола, обеспечивая доступ к каждому из пластов отдельно, — как будто это не одна, а несколько скважин. В результате нефтяники получают возможность непрерывно контролировать процесс эксплуатации и управлять производительностью каждого из пластов в отдельности.
Обеспечивает успешность одновременно-раздельной добычи и возможность проводить промыслово-геофизические исследования всех задействованных пластов с помощью современных байпасных систем. Это оборудование позволяет исследовать поведение нескольких пластов через одну скважину параллельно с их эксплуатацией и таким образом получать реальное представление о свойствах пластов и перемещающихся в них жидкостях в промышленных условиях. Системы ОРЭ внедрены и успешно эксплуатируются на Приобском месторождении, разрабатываемом «Газпромнефть-Хантосом».
Качай это
Тысячи лет назад нефть просто собирали поверхности воды, добывали из неглубоких колодцев. В XIX веке первые пробуренные скважины активно фонтанировали и не нуждались в дополнительных приспособлениях для извлечения из них нефти. Затем, когда фонтан истощался, нефть вычерпывали желонкой, однако этот метод был малоэффективным.
В 1865 году в Америке на не фонтанирующих скважинах впервые начали применять глубинные плунжерные насосы. Поршень насоса приводился в движение штангой, соединенной с тем же балансиром, который использовался для проводки скважины ударным бурением. Это были предшественники современного станка-качалки. Приводом в большинстве случаев служил двигатель внутреннего сгорания, работавший на попутном газе. Примерно в то же время глубинные насосы для выкачивания нефти появились и в России, однако они долго не получали широкого распространения. В 1874 году насосы впервые применили на нефтепромыслах в Грузии, а в 1876 году — в Баку. Сегодня штанговые насосы (качалки) имеют ограниченное применение — их проблемно эксплуатировать в искривленных и глубоких скважинах. Впрочем, у качалок есть и бесспорные преимущества: надежность и простота в обслуживании и ремонте.
Еще один тип скважинных насосов, изобретенный на заре развития промышленной нефтедобычи,— газлифт. Суть его действия заключается в том, чтобы вытолкнуть нефть на поверхность с помощью газа. С этой целью газ под большим давлением закачивают в пространство между обсадной колонной и насосно-компрессорными трубами (НКТ), по которым поднимается нефть. Затем открывается газлифтный клапан, и газ попадает в НКТ, вытесняя наверх находящуюся выше клапана жидкость. Впервые принцип газлифта был применен при нефтедобыче в 1897 году — на Бакинском месторождении. Инициатором использования технологии стал знаменитый инженер и изобретатель Владимир Шухов.
Штанговые глубинные насосы уступают место в скважинах УЭЦН, однако на небольших промыслах при невысокой производительности скважин это надежное и простое оборудование по-прежнему востребовано.
Газлифт — весьма надежный способ эксплуатации. Газлифтные скважины легко обслуживать и ремонтировать. Метод может применяться на скважинах с большой кривизной, а также при одновременной раздельной эксплуатации двух и более пластов. Однако среди его недостатков отмечают необходимость использования громоздкого наземного оборудования, значительную величину начальных капиталовложений, невысокий КПД и возможность образования стойких эмульсий в добываемой жидкости.
Несколько позднее для добычи нефти стали применяться электроцентробежные погружные насосы. Разработки в этой области связаны с именем российского инженера Армаиса Арутюнова. В 20х годах прошлого века он эмигрировал в США и уже там довел свое изобретение до коммерческого использования.
Скважинные центробежные насосы приводятся в действие погружными электродвигателями. Электродвигатель вращает вал насоса, на котором закреплены рабочие колеса с направляющими лопастями. Жидкость через приемный фильтр поступает на лопасти вращающегося рабочего колеса первой ступени, под влиянием центробежных сил пермещается к периферии колеса и выбрасывается в неподвижные направляющие каналы, откуда попадает на рабочее колесо следующей ступени. Цикл повторяется до тех пор, пока нефть не достигнет колонны насосно-компрессорных труб, по которым затем поднимается на поверхность.
ЭЦН может использоваться в горизонтальных и искривленных скважинах, позволяет получать высокие дебиты как с неглубоких, так и глубоких скважин, не требует высоких капитальных вложений, наземное оборудование сравнительно компактно. Однако двигатель требует стабильного источника электроэнергии. К слабым местам конструкции относят наличие электрического кабеля, который необходимо спускать в скважину. Кроме того, серьезную опасность для насоса представляют солеотложения. Проблемы могут возникать при работе с газом, механическими примесями. А если насос вышел из строя или ему необходим плановый ремонт, оборудование придется поднимать на поверхность, значит, временно прекращать эксплуатацию скважины.
Стадии разработки залежи
Всего в настоящее время насчитывается около десяти разновидностей глубинных насосов. Все они имеют свои достоинства, недостатки, области применения — в зависимости от глубины скважины, ее профиля, планируемых дебитов и ряда других факторов. В частности, в тех случаях, когда электрический центробежный насос может оказаться неэффективным (например, когда нефть слишком вязкая), применяются винтовые или струйные насосы.
По статистике, доля скважин в России, все еще оборудованных штанговыми насосами,— 34%. На ЭЦН приходится 63% скважин, при этом 82% нефти в стране добывается именно с помощью погружных электроцентробежных насосов, что говорит об эффективности этого способа. Фонтанным методом эксплуатируется 1,8% скважин, газлифт используется в 0,4% случаев — вклад этих способов в общий объем добычи — порядка 7%. В «Газпром нефти» 94% нефти извлекается с использованием УЭЦН (95% действующего нефтяного фонда скважин оборудованы УЭЦН), примерно по 3% добывается фонтанным и газлифтным способами.
Средняя производительность нефтяных скважин
Дебитом скважины называют количество жидкости, выкачанной из скважины за определенное время. В российской нефтяной промышленности принято рассчитывать суточные дебиты и измерять их либо в кубометрах, либо в тоннах. Так как жидкость, извлекаемая при добыче нефти, обычно содержит некоторое количество воды, то говорят о среднем дебите жидкости и отдельно о среднем дебите нефти. На начальных этапах разработки месторождения эти показатели обычно несильно отличаются друг от друга. На зрелых месторождениях дебит нефти постепенно падает.
По дебитам скважины классифицируют как малодебитные — до 5 тонн/сут., среднедебитные — высокодебитные — более 100 тонн/сут. В общем случае дебиты скважин зависят от целого ряда обстоятельств: величины пластовой энергии и того, какой режим разработки используется (естественный или искусственный), от правильности выбора местоположения скважины, фильтрационно-емкостных свойств коллектора и др. Для добывающих активов «Газпром нефти» средний дебит жидкости в прошлом году составил порядка 80 тонн/сут., а дебит нефти — 12 тонн/сут., что соответствует среднемировым показателям.
Предсказуемые сложности
Средняя глубина нефтяных скважин составляет около 3000 м. Естественно, их эксплуатация не может проходить идеально даже при полном соблюдении всех технологических правил и мер безопасности. Проблемы в процессе добычи могут возникать самые разнообразные: нарушения в обсадной колонне, прихваты насосно-компрессорных труб и другого подземного оборудования, падение погружного оборудования на забой, заколонные перетоки жидкости и водопритоки в добывающую скважину, образование на забое песчаных пробок. Также работа скважин нередко осложняется образованием стойкой эмульсии, отложением парафина на внутренней поверхности подъемных труб и на клапанах насосов, коррозией погружного оборудования. В случаях, когда месторождение находится на поздней стадии добычи и в извлекаемой жидкости содержится значительное количество минерализованной пластовой воды, серьезную проблему для скважины представляют отложения солей, способные за короткое время вывести ее из строя. Соли кальция, магния и других металлов могут осаждаться и закупоривать перфорационные каналы, эксплуатационные колонны, клапаны, насосы. Для борьбы с отложениями в скважину подают химические реагенты, которые можно условно разделить на две группы: реагенты для удаления отложений и реагенты (ингибиторы) для предотвращения их образования.
Количество скважин, пробуренных на одном месторождении или на одном лицензионном участке, может достигать нескольких десятков и даже сотен. Чтобы отслеживать их работоспособность, рассчитывают коэффициент эксплуатации действующего фонда скважин — отношение времени фактической работы скважин за определенный период к его общей продолжительности. Этот коэффициент всегда меньше 1 и в среднем по нефте и газодобывающим предприятиям составляет На практике это означает, что простой в связи с ремонтными работами в скважинах занимает от 2 до 6% общего времени их эксплуатации.