Глубинные штуцеры

 

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.