Оборудование газовой скважины для эксплуатации и для испытания

 

Большинство газовых скважин имеет внутренний диаметр послед­ней колонны обсадных труб 5,5" или 7". Есть много скважин, закон­ченных диаметром 4". Газовые скважины, имеющие диаметр послед­ней колонны обсадных труб более 8", встречаются очень редко.

Внутри последней колонны обсадных труб в газовых скважинах обычно имеется колонна насосных труб, а внутри её — колонна си­фонных труб.

В газовых скважинах применяются насосные трубы четырёх диа­метров: 2", 2,5", 3" и 4". Газ отбирается через насосные трубы.

Сифонные трубы обычно имеют внутренний диаметр 0,75". Часто применяются также сифонные трубы диаметра 1", реже трубы диа­метра 0,5". Они служат для периодического или постоянного удаления воды, скапливающейся на дне скважины. Вода внутри сифонных труб выбрасывается из скважины давлением газа. Кроме удаления воды, сифонные трубы нужны для испытания скважины. Ими можно замерять давление на дне скважины во время добычи газа через насос­ные трубы.

Последняя колонна обсадных труб служит для закрытия воды и цементируется доверху.  В большинстве скважин воду закрывают не дойдя до газового пласта. Башмак последней колонны обсадных груб устанавливается над пластом или выше пласта. Зацементировать пространство между этой колонной и породой до верху нужно не только для закрытия воды. 

Это особенно нужно для того, чтобы газ из пласта не уходил в верхние пористые пласты. При бурении и эксплуатации газовой скважины нужно принять надёжные меры против утечки газа в стороны и вообще против подземных потерь газа. 

• При эксплуатации газового пласта нужно опасаться этих потерь значительно больше, чем при эксплуатации нефтяного пласта. 
• Газ стремится под­няться кверху и легче находит себе путь в верхние пористые пласты и в стороны, чем нефть, которая не так легко может подняться кверху. Газ может пройти и по таким узким порам, каналам и трещинам, по которым нефть не пройдёт или пройдёт в малых количествах.

В отношении подземных потерь газа особенно опасны трещины, имеющиеся в плотных породах палеозоя. Из пласта по-за трубам газ может дойти до какой-нибудь трещины и уйти по ней далеко в сто­роны. 

• Газовые месторождения, находящиеся между Волгой и Уралом, а также к западу от Волги, в бассейне р. Камы и на Тимане, залегают в палеозойских слоях и обычно содержат трещины. Газовые пласты этих месторождений должны быть хорошо изолированы в скважине как от вышележащих, так и от нижележащих слоев.

Устье газовой скважины должно иметь газовую головку или ёлку. Пространство между обсадными и насосными трубами, а также про­странство между насосными и сифонными трубами у устья скважины должно быть герметически закрыто. Герметичность всего этого обо­рудования должна быть испытана на давление, превышающее по край­ней мере на 50% предполагаемое давление в сполна закрытой сква­жине. В США испытывают на двойное давление.

Верхний конец колонны насосных труб должен быть выше верх­него конца колонны обсадных труб. Колонна насосных труб прохо­дит сквозь колонную головку и выше её имеет два ответвления в про­тивоположные стороны. По этим ответвлениям газ может идти из колонны насосных труб. 

Одно ответвление служит для эксплуатации, а другое — запасное. На каждом ответвлении задвижка. На запасном ответвлении задвижка закрыта и после нее на фланцах или на резьбе поставлена глухая герметическая пробка, которую можно отвинтить или снять и присоединить ответвление к газопроводу. 

Рабочее ответ­вление присоединено к газопроводу. Чтобы получить эти ответвления, раньше вставляли в верхний конец колонны насосных труб кресто­вину, в которой ответвления отходят от вертикальной колоны под прямым углом. Но повороты в 90° для течения газа вообще нежела­тельны. Нужно плавное протекание по дугам. Поэтому для ответвле­ний ёлки лучше ставить дуги, постепенно отходящие от вертикаль­ного ствола (фиг. 26).

Колонна насосных труб висит на колонной головке. Укрепление этой колонны в головке бывает разных типов: 

1) на резьбе и муфте, 

2) на фланцах, 

3) на соединении типа шлипса и пр. 

Для герметичности эти соединения иногда снабжаются резиновыми прокладками или саль­никами разных типов.

Верхний конец колонны насосных труб закрыт сверху фланцами.

В нижний фланец ввинчен снизу верхний конец колонны сифонных труб. В верхний фланец сверху ввинчена ещё одна сифонная труба, изогнутая плавно в сторону и имеющая задвижку. Бывает и иное, более надёжное прикрепление колонны сифонных труб к крышке, за­крывающей верхний конец колонны насосных труб. Таким образом, колонна сифонных труб вверху выходит из колонны насосных труб и отходит в сторону, чтобы можно было выпускать воду.

Если газовый пласт в данном месте не содержит пластовой воды, нижний конец колонны насосных труб устанавливается против сере­дины пласта. Иногда нижний конец колонны насосных труб ставят на дно скважины, чтобы не вся тяжелая колонна насосных труб висела на колонной головке. В таком случае колонна насосных труб против

  Фиг. 26.     

пласта должна иметь отверстия для входа газа. Эти отверстия заранее по расчёту делаются на поверхности до спуска колонны. Колонну, которую ставят на дно, иногда внизу снабжают костылём, содержащих три стальных острия. Этот костыль врезывается в породу под пластом и удерживает нижнюю часть колонны от вращения в том слу­чае, если колонна на какой-либо высоте имеет одно соединение с левой резьбой, чтобы можно было отвинтить и вынуть часть колонны, на­ходящуюся выше этого соединения. Костыль не врезывается целиком в породу. Между отростками костыля газ может входить снизу в ко­лонну насосных труб.

Если в данном месте нижняя часть газового пласта содержит плас­товую воду, колонна насосных труб не доводится до водоносной части пласта. Нижний конец её устанавливается против верхней части пласта, немногим ниже кровли.

Во многих газовых скважинах на дне их при эксплуатации скапли­вается небольшое количество воды. Присутствие воды объясняется следующими причинами:

1)          вода стекает сверху из водоносных слоев вследствие  недоста­точно удачного закрытия воды;

2)          вода идёт по пласту со стороны.

Скапливающуюся в скважине воду нужно своевременно удалять, чтобы она не закрыла пласт. Воду удаляют при помощи сифонных труб давлением того же газа. Нужно, чтобы нижний конец колонны сифонных труб был как можно ниже. Он немного не доводится до дна скважины, чтобы вода могла входить в сифонные трубы. Сифонные трубы также можно ставить на дно скважины на костылях. Иногда в сифонных трубах на разной высоте имеются так называемые «клетки»_? содержащие отверстия для входа газа, чтобы газ мог входить в трубы и вспенивать воду.

Некоторые скважины, дающие вместе с газом небольшие коли­чества воды, углубляют на 3 или 4 м в породу под пластом. Полу­чается так называемый «колодец» или «зумпф», в котором скапливается вода. В таком случае она не закрывает нижнюю часть пласта. Си­фонные трубы опускаются в этот колодец.

Обычно насосные трубы спускаются с пакером, который устанав­ливается выше газового пласта. Если башмак последней колонны обсадных труб находится недалеко от пласта, пакер ставится в баш­маке этой колонны и герметически закрывает пространство между об­садными и насосными трубами. Если башмак колонны обсадных труб находится намного выше пласта, пакер ставится выше пласта между породой и насосными трубами, и в таком случае этот пакер называется «Formation-packer» (пакер для породы). 

Пространство между паке­ром и дном скважины называется камерой давления. В ней скапливается давление, нужное для поднятия воды внутри сифонных труб. Если нормальное давление при добыче газа недостаточно для выдавлива­ния воды внутри сифонных труб до поверхности, на короткое время закрывают задвижку на газопроводе около скважины, и в скважине ниже пакера увеличивается давление. После этого открывают задвижку на верхнем конце сифонных труб, и из них идёт вода. 

Когда почти вся вода вышла и из сифонных труб пошла вода с газом, закрывают задвижку на сифонных трубах, открывают задвижку на газопроводе и возобновляют добычу газа. Это—периодическое удаление воды. Объём «камеры давления» и высоту постановки пакера рассчитывают сообразно с давлением и количеством сжатого газа, нужными для выдавливания воды.

Если даже давление после временной остановки не может поднять воду До поверхности, превращают колонну сифонных труб в природ­ный газлифт, вспенивают воду в сифонных трубах тем же газом и уменьшают её удельный вес. Для этого сифонные трубы должны иметь «клетки» с отверстиями и обратными клапанами. Иногда применя­ются «пусковые клапаны».

Из некоторых скважин, имеющих достаточное давление газа и значительный приток воды, одновременно добывается газ из насосных труб и вода из сифонных труб. Иногда и газ, и вода добываются одно­временно из сифонных труб, а насосные трубы в это время закрыты.

Если сифонные трубы дают воду с газом, эта смесь идёт в трап, где газ отделяется от воды. Газ из верхней части трапа идёт в газопровод, а вода выпускается автоматически из нижней части трапа. Для этого трап имеет автоматический поплавковый регулятор уровня, открывающий или прикрывающий задвижку на выпускной трубе в зависимости от количества воды в трапе. Давление в трапе такое же, как в верхней части колонны сифонных труб. В трапе возможен и вакуум, если по газопроводу газ отсасывается компрессором.

Ставят пакер на насосных трубах выше газового пласта по сле­дующим причинам:

1.          Под пакером легче и быстрее можно создать остановкой эксплуатацииатации давление, нужное для подъёма воды по сифонным трубам, как это изложено выше. Если пакера нет, приходится создавать давле­ние внутри всего объёма в обсадных трубах, и на это требуется больше газа и больше времени. Если в верхней части обсадных труб или в ко­лонной головке есть хотя бы малая утечка, нужное давление создать будет трудно или на это потребуется много времени, а утечка газа в верхней части колонны обсадных труб, подверженной коррозии,
бывает часто.

2.          Пакер уменьшает давление газа на колонную головку и на зад­вижку, если таковая имеется ниже колонной головки. Пакером давление в скважине разделено на две части. Над пакером давление зна­чительно меньше, чем под пакером. Это давление можно регулировать.
Можно оставить над пакером половину или одну треть того давления, которое имеется под пакером. Для этого выше пакера внутри обсадных труб оставляется определённое количество газа, которое и регули­руется краном или задвижкой на выпускном отводе, поставленном
на обсадных трубах ниже колонной головки или на самой колонной головке. При обычной эксплуатации этот кран закрыт. В случае надобности через него можно выпустить в газопровод после чок-ниппеля некоторое определенное количество газа или ввести в обсадные трубы
некоторое количество газа из газопровода до чок-ниппеля. Если зна­чительная часть давления снята пакером, колонная головка и зад­вижка под ней работают значительно менее напряженно. Предупреж­дена утечка газа через задвижку и колонную головку.

3.          В такой же мере, как на колонную головку, пакер уменьшает давление газа на обсадные трубы. Нужно оберегать обсадные трубы от всяких лишних напряжений и принимать меры к продлению их долговечности. Обсадные трубы, которыми манипулировали вовремя
бурения, закрытия воды, очистки и освоения скважины, нужно считать частично изношенными. Они уже не имеют прежней крепости. Толщина стенок их местами могла уменьшиться вследствие стирания буриль­ными трубами при их вращении и вследствие внешней коррозии, при­чиняемой подземными солёными водами. Особенно разрушительно дей­ствует хлористый магний, содержащийся в пластовых водах. В сравне­нии с обсадными насосные трубы могут считаться более  новыми и более крепкими. На них можно давать более значительную нагрузку.
Напряжение, создаваемое внутренним давлением,  пропорционально
диаметру,  как это видно из формулы Барло.

где   Pz — допустимое напряжение,   равное 0,25 временного сопро­тивления растяжению; Р — внутреннее давление в кг/см²; D — наружный диаметр труб в см; д — толщина стенок труб в см.

Диаметр насосных труб значительно меньше диаметра обсадных труб, и им можно дать более значительное внутреннее давление. Если насосные трубы износились, их легко заменить новыми,. а зацементированные обсадные трубы вынуть и заменить новыми невозможно. Нужно стараться нагрузку на обсадные трубы переносить на насосные. Это и делает пакер, поставленный в башмаке обсадных труб или ниже башмака. Если поставлен пакер, можно иметь обсад­ные трубы с меньшей толщиной стенок, т. е. более дешёвые. Пакер имеющий малую стоимость, даёт выгоду и в этом отношении.

4.           Если обсадные трубы пропускают воду, она скапливается над пакером и не идёт в нижнюю часть скважины, т. е. не затапливает пласт. Скапливаясь над пакером, вода уплотняет пакер и увеличи­вает его герметичность.

5.           Если газ содержит сероводород, трубы, внутри которых он идёт, сильно страдают от коррозии и быстро выходят из строя. Газ, выходящий из пласта, всегда содержит парообразную воду, а в при­сутствии воды сероводород действует особенно губительно на железо ~
Если сероводород разъел насосные трубы, их можно сменить на новые.
Если сероводород разъел обсадные трубы, это — катастрофа: рас­кроется верхняя вода, возникнет утечка газа в стороны, могут начаться обвалы и т. д. Нужно стараться всеми мерами предотвращать серово­дородную коррозию обсадных труб. Это и достигается установкой
пакера, резина которого не страдает от сероводорода. Если по уста­новке пакера некоторое количество газа, содержащего сероводород останется внутри обсадных труб,  то  последний израсходуется  на частичную коррозию труб и больше не будет возобновляться, так
что серьёзной коррозии не произойдёт.  Чтобы предупредить и эту малую коррозию, которую причинит небольшое количество газа, остав­шегося внутри обсадных труб выше пакера, можно впустить в трубы какое-нибудь вещество, могущее химически воздействовать на серо­
водород и в результате реакции дать нейтральное химическое соеди­нение, не портящее трубы.

 

6.           Если колонна насосных труб висит на колонной головке, то верхняя часть колонны испытывает большое напряжение вследствие значительного веса колонны, так что можно опасаться её обрыва. Пакер берёт на себя часть веса колонны и устраняет возможность
её обрыва.

7.           Пакер центрирует колонну насосных труб.

8.           Выше пакера можно поставить одно соединение насосных труб с левой резьбой, и тогда, в случае надобности, можно вынуть верх­нюю часть колонны, легко отвинтить её по левой резьбе, после чего вместо отвинченной части спустить и навернуть на то же место новые
трубы. Они могут иметь и иной диаметр. Для этого после одной ниж­ней трубы прежнего диаметра ставится переводник на новый диа­метр. Иногда приходится увеличивать или уменьшать диаметр верхней части колонны насосных труб. На время отвинчивания, подъё­ма и спуска труб можно поставить в насосных трубах ниже левой резьбы временную пробку, и тогда газ не будет мешать работам по выниманию и спуску труб. Эту пробку можно спустить и поднять на проволочном замерном канате при помощи того оборудования которое применяется для спуска, установки и подъёма глубинного штуцера Отис нового типа. Пробка удерживается в трубах резино­вым кольцом и плашками шлипса вокруг конуса, суживающегося кверху.

Как для испытания, так и для эксплуатации газопровод около скважины должен иметь две ветви, и в них должны находиться чок ниппели или орифайсы для установления процента отбора.

После чок-ниппеля на газопроводе должен быть счётчик, который после испытания можно снять, если не имеется в виду в первое время эксплуатации производить частые замеры добываемого газа.

Для точных замеров давления в сифонных и в насосных трубах до чок-ниппеля на время испытания ставится «грузовой манометр («манометр мёртвого веса»). К нему проводятся соединительные трубки от сифонных труб и от газопровода, по которому идёт газ из насосных труб. На этих трубках должны быть установлены задвижки. Для испытания скважин, имеющих в закрытом состоянии давление не более 1,5 ати, вместо грузового манометра ставится ртутный мано­метр. Для очень малых давлений применяется водяной или спиртовый манометр. Эти манометры по окончании испытания убираются.