Глубинные штуцеры иногда называются забойными, но мы считаем
это название неудачным.
В
газовые скважины для добычи газа обычно спускаются внутри обсадных труб
насосные трубы. Их иногда называют фонтанными трубками. Насосные трубы имеют
диаметры 1,5", 2", 2,5", 3" и 4". Газ из пласта идет
внутри этих труб. На насосных трубах с внешней стороны между этими трубами и
породой или между этими трубами и обсадными трубами выше газового пласта обычно
ставится паке р. Он изолирует кольцевое пространство выше пакера от пласта.
Глубинный штуцер помещается внутри насосных труб в нижней части скважины выше
пласта. Перенос штуцера в нижнюю часть скважины имеет значение в двух
отношениях:
1.
Проф. Юрен считает, что
глубинный штуцер имеет коэфициент полезного действия несколько выше
штуцера, установлен ного на поверхности, и при нем добыча идет с меньшей тратой энергии пласта. Для добычи газа это большого значения не имеет, так как для подъёма газа по скважине используется лишь ничтожная часть пластовой энергии, и добыча все равно идет с большим противодавлением на пласт, а когда давление в пласте при истощении пласта приближается к атмосферному, штуцеры не применяются.
2. Штуцер создает перепад давления. Газ, проходя штуцер, сильно расширяется в объёме. Это расширение газа сопровождается его охлаждением. Из газа, несущего пары воды, выделяются твердые гидраты углеводородов, имеющие вид снега или льда. Они иногда закупоривают газопровод, штуцер, счетчики газа и регуляторы давления. Для борьбы с этим обмерзанием перенос штуцера на глубину может принести пользу. На большой глубине в скважине имеется повышенная температура. При ней обмерзание штуцера не происходит. Охладившийся газ, идя по скважине выше штуцера, снова нагревается. Это и есть главная причина, почему в некоторых скважинах применяют глубинные штуцеры.
При добыче газа глубинные штуцеры имеют малое распространение.
Для борьбы с обмерзанием есть и другие меры. Спуск и подъём глубинных штуцеров
сопряжен с затруднениями и неудобствами.
Есть три типа глубинных штуцеров:
Штуцеры, для спуска и подъёма которых нужно спускать или вынимать всю колонну насосных труб. Это — наиболее простой тип глубинного штуцера. По форме он походит на чок-нип-пель, но короче чок-ниппеля. Снаружи в середине он имеет буртик. Резьбы и фланцев нет. Такой штуцер в начале спуска колонны насосных труб вставляется в середину муфты между двумя насосными трубами, как это показано
Глубинный штуцер.на фиг. 23.
Формулы и таблицы стандартного чок-ниппеля не пригодны для глубинного штуцера. Если вместо поверхностного чок-ниппеля ставится глубинный штуцер, для получения того же процента отбора нужно взять штуцер с меньшим диаметром проходного отверстия, а какой нужен диаметр, это заранее сказать нельзя. Выяснить тот вопрос можно только опытным путем, испытав два или три размера
штуцера и
произведя замеры дебита газа счетчиком на газопроводе и замеры давления
манометром у устья скважины, причем, если насосная колонна имеет пакер, можно
определить только давление после штуцера, а давление до штуцера, знать которое
очень важно, так и останется неизвестным. Следовательно, останется неизвестным
и перепад давления, создаваемый штуцером при эксплуатации. На той же фиг. 23
показан другой тип глубинного штуцера.
- Если на дне скважины при эксплуатации скапливается вода,, ее нужно своевременно удалять из скважины. Это удаление воды обычно производится при помощи колонны сифонных труб, спущенной внутри колонны насосных труб почти до дна скважины. Если в скважине находится глубинный штуцер, в нее нельзя спустить сифонные трубы.
- Если вместе с газом идет мелкий песок, глубинный штуцер больше страдает и быстрее изнашивается от песка, чем поверхностный чок-ниппель, так как далеко не весь песок, прошедший через глубинный штуцер, доходит до поверхности. Значительная часть песка будет падать и скапливаться на штуцере, мешая проходу газа. Придется производить частую чистку.
- Для осмотра, ремонта, замера и чистки глубинного штуцера этого типа нужно его вынуть из скважины, и для этого поднимается вся колонна насосных труб вместе с пакером. Подъём и спуск насосных труб в скважинах большого давления — очень трудное и сложное дело. При подъёме и спуске происходит перерыв правильной эксплуатации, могущий вредно отразиться на скважине.
Глубинные
штуцеры с регулируемым отверстием. Есть глубинные штуцеры, в которых можно
увеличивать или уменьшать проходное отверстие без вынимания штуцера на
поверхность. Это делается при помощи поворота колонны насосных труб. Но если
такой штуцер надо заменить другим, приходится вынимать всю колонну труб.
В общем глубинные штуцеры первых двух типов оказались мало
пригодными и получили очень небольшое распространение.
Глубинные
штуцеры, к о т о р ы е м о ж н о вынимать и спускать, невынимая колонны насосных
труб. Эти штуцеры имеют сложное устройство. Есть несколько вариантов таких
штуцеров. Наилучшими из них считаются штуцеры инж. Отис (Н. С. Otis). Фирма «Otis Pressure Control Inc.» в г. Даллас в штате Тексас
изготовляет различное оборудование для работ в скважинах высокого давления и с
подряда производит разные работы. Она постепенно совершенствовала глубинные штуцеры.
Они применяются как в газовых скважинах, так и в фонтанных нефтяных скважинах.
Штуцеры и старого и нового типов можно вынимать и спускать
без вынимания колонны. Но они имеют постоянное нерегулируемое отверстие. Если
нужно уменьшить или увеличить отверстие, нужно вынуть штуцер и заменить его
другим.
В 1943 г. фирма Отис выпустила в продажу новый тип
глубинного штуцера с меняющимся отверстием и назвала этот штуцер уже не
штуцером, а регулятором. Первые два типа назывались «Bottom Hole choke», а последний тип «Bottom Hole reg lator».
Глубинный регулятор Отиса изображен на фиг. 24.
Регулятор
собирается на поверхности и спускается в скважину внутри колонны насосных труб
на тонком проволочном канате. Для спуска может служить замерный канат
Халибэртона, применяемый при цементировке скважин. Регулятор к канату подвешен
на легких трубчатых яссах. Когда регулятор спущен на нужную глубину, делают
несколько ударов Яссами снизу вверх. Коническая труба 5 идет вверх, раздавая плашки шлипса в бока. Плашки впиваются во
внутреннюю поверхность насосных труб. Регулятор крепко заклинен в трубах.
Последним ударом ясс срезывают шпильку из мягкого металла, которой яссы
прикреплены к регулятору, и вынимают все спускное оборудование.
Газ входит в регулятор через боковые отверстия в нижней трубе регулятора и затем проходит между верхним концом клапана и нижним концом подвижной трубы 15. Две пружины стремятся сблизить эти концы, а газ стремится их раздвинуть. Сила верхней пружины так рассчитана, что газ под ней может проходьгь в достаточном количестве. Клапан создает перепад давления. Давление газа после клапана плюс давление пружины равно давлению газа до клапана. Если давление газа до клапана, т. е. пластовое давление, понизилось, пружина уменьшает проходное отверстие, газ идет в меньших количествах, а давление до клапана возрастает. Регулятор автоматически уменьшает дебит при понижении рабочего пластового давления и этим задерживает понижение пластового давления. Амплитуда регулирования доходит до 255 000 м3 газа в сутки, т. е. на эту цифру регулятор может снизить суточный дебит.
Если
нужно увеличить дебит, нужно уменьшить противодавление, т. е. давление в
газопроводе. Поэтому, кроме указанного регулятора, иногда ставится штуцер на
поверхности около, устья скважины.
Для
того, чтобы противостоять разъедающему действию песка, идущего с газом, клапан
сделан из термически обработанного металла К-Монель, а прикасающиеся к току
газа поверхности трубы 15 и
кольца 16 выложены «Кеннаметаллом».
Опыты показали, что из всех металлов эти два металла наиболее стойки против
абразии.
Чтобы вынуть регулятор Отис из скважины, спускается на
тонком проволочном канате особая ловушка. Между ловушкой и канатом поставлены
яссы.' Сначала ударами книзу осаживают трубу 5, Против плашек шлипса благодаря этому будет находиться более
узкое место этой трубы. Шлипс освобождается и весь регулятор вынимается.
Фиг. 25.
Регулятор обратного давления. |
При рациональной эксплуатации газовой скважины нет надобности
в том регулировании дебита и давления, которое производит регулятор Отис. Все
требуемое регулирование проще, яснее и удобнее осуществляется стандартным
чок-ниппелем или орифайсом. Ни формул, ни таблиц к регулятору Отис нет. Во
время работы регулятора давление до него остается неизвестным. Точных цифр для
установки пружины на определенное давление не имеется.
Вынимание
и спуск регулятора Отис отнимает много времени. Проф. Юрен говорит, что на одно
вынимание тратится иногда полсуток и даже более.
Регулятор
обратного давления. По мнению некоторых авторов, регулирование дебита и
давления газовых скважин при эксплуатации можно производить при помощи
регулятора обратного давления. Такой регулятор ставится на газопроводе недалеко
от газовой скважины. Он действует автоматически.
Регулятор обратного давления приведен на фиг. 25. В каталогах он обычно называется регулятором давления «до себя», так как регулирует давление в газопроводе на входе. Давление, передаваемое контрольной трубкой в верхнюю камеру диафрагменной коробки, действует на гибкую мембрану сверху и стремится опустить клапанный шток, т. е. открыть клапан. Если площадь мембраныSсм2, а требуемое давление на устье скважины Р кг/см2, то усилие, с которым это давление опускает клапанный шток равно PS кг. Груз устанавливается на таком расстоянии от оси — шарнира рычага, чтобы его усилие поднять клапанный шток (закрыть клапан) было тоже равно PS кг. Вместо рычага с грузом часто служит пружина, усилие которой регулируется установочным винтом.
Если
мы поставим у газовой скважины только регулятор обратного давления и не
поставим ни чок-ниппеля, ни орифайса, регулятор обратного давления будет все
время держать одинаковое давление в скважине. Это давление первое время будет
соответствовать принятому нами проценту отбора. В дальнейшем по мере истощения
пласта при сохранении регулятором одинакового давления в скважине регулятор
будет постепенно и медленно понижать дебит. Необходимо поэтому периодически
передвигать груз на рычаге, но, как указывалось на стр.64, это требуется делать
через длительный промежуток времени, исчисляемый месяцами, а иногда и годами.