Факторы, определяющие конструкцию скважины
Конструкция эксплуатационной скважины не является универсальной и формируется с учетом целого ряда геологических и технологических условий. На ее проектирование влияют природные особенности месторождения, количество одновременно разрабатываемых продуктивных пластов (их может быть до пяти), выбранный способ эксплуатации (фонтанный, компрессорный или насосный), а также такие параметры, как пластовое давление, дебит добываемых флюидов (нефти, газа, воды), их химический состав, структура геологического разреза и глубина скважины.
Устройство ствола и обсадные колонны
В процессе бурения стенки скважины укрепляются обсадными колоннами, количество которых варьируется от трех до пяти. Эти колонны, начиная со второй, закрепляются на поверхности с помощью специального оборудования — головки скважины. Головка представляет собой комплекс устройств в цилиндрическом корпусе с фланцами (колонными головками). Каждая обсадная колонна собирается из труб длиной 6-10 метров, соединенных специальной резьбой. Верхняя труба колонны фиксируется в седле соответствующей колонной головки с помощью подвесок. Для глубоких скважин (свыше 5 км) такое оборудование может достигать 2-3 метров в высоту и весить несколько тонн.
Подъемные трубы и устьевое оборудование
Внутри последней обсадной (эксплуатационной) колонны размещается колонна насосно-компрессорных (подъемных) труб, по которым нефть, газ и вода поднимаются на поверхность. Диаметр этих труб стандартизирован и может быть ступенчатым по длине колонны. Наземная часть скважины, известная как устьевое оборудование, включает в себя колонную головку с боковыми отводами (манифольдами) и запорной арматурой. Выше нее устанавливается фонтанная арматура, или «елка», — комплекс из тройников, крестовин, задвижек, дросселей и контрольно-измерительных приборов (манометров, термометров). Основная запорная арматура обычно состоит из двух последовательных задвижек, работающих в режимах «открыто» или «закрыто».
Назначение и характеристики оборудования
Головка скважины выполняет несколько ключевых функций: подвешивание обсадных и подъемных колонн, разобщение межтрубных пространств, проведение технологических операций (промывка, закачка ингибиторов) и монтаж противовыбросного или фонтанного оборудования. Фонтанная арматура, в свою очередь, обеспечивает герметизацию устья, контроль и регулирование режима работы скважины, а также проведение различных технологических операций. Это оборудование должно быть надежным и долговечным, так как работает в экстремальных условиях: при давлениях до 70-100 МПа, с агрессивными средами, содержащими механические примеси, и при температурах, иногда превышающих 100°C.
Современные тенденции и материалы
Совершенствование промыслового оборудования идет по пути уменьшения его габаритов и массы. Например, вместо сборной конструкции из нескольких колонных головок все чаще применяют моноблочные головки. Широкое распространение получают быстроразъемные хомутовые соединения с металлическими прокладками, которые особенно эффективны в сложных условиях (север, подводные месторождения). Для увеличения дебита в одной скважине могут использоваться несколько параллельных или концентричных подъемных колонн. Сами трубы изготавливаются из высокопрочных коррозионно-стойких сталей, а для глубоких скважин применяются облегченные сплавы на основе алюминия и титана. Внутренняя поверхность труб часто полируется или покрывается защитными составами для борьбы с коррозией и парафиновыми отложениями.
Скважинное оборудование (забойная зона)
Оборудование, размещаемое в нижней части скважины, также имеет свои особенности. Его диаметр ограничен размерами подъемных труб, а соединения должны гарантировать герметичность, прочность и возможность демонтажа. Типовой комплект скважинного оборудования включает (сверху вниз):
- Клапан-отсекатель: для аварийного перекрытия ствола.
- Циркуляционные и ингибиторные клапаны: для управления потоками и подачи реагентов.
- Телескопическое соединение: компенсирует температурные деформации колонны.
- Газлифтные клапаны: для регулирования подачи газа при компрессорном способе добычи.
- Скважинная камера: платформа для установки клапанов.
- Пакер: ключевой элемент для разобщения пластов и изоляции обсадной колонны.
- Фильтр: для очистки потока от механических примесей.
Роль пакера и стандартизация
Пакер является основным элементом, обеспечивающим изоляцию и служащим опорой для подъемной колонны. Он должен выдерживать экстремальные перепады давления и часто остается в скважине на весь срок ее эксплуатации. Конструкции пакеров разнообразны, они могут быть постоянными или съемными. Мировая промышленность в области скважинного оборудования представлена такими известными фирмами, как «Cameron», «Baker», «Halliburton», «Otis». Большинство производителей придерживается стандартов Американского нефтяного института (API), который является ведущей сертифицирующей организацией в нефтегазовой отрасли по всему миру.