Наземное испытательное оборудование Дзюбло Александр Дмитриевич, д. г. -м. н. , проф.
Для обозначения временного периода, в течение которого в пласте создается перепад давления, используется технический термин неустановившийся режим. Жидкие фракции, формирующиеся на этапах создания перепада давления должны перерабатываться на поверхности с помощью наземного испытательного оборудования, так как на этом этапе испытаний монтаж стационарных производственных установок обычно не предусматривается. Наземное испытательное оборудование должно обеспечивать надежное и безопасное выполнение широкого спектра работ и функций, а именно: - быстрый контроль/регулирование давления и дебита на поверхности и закрытие скважины (это относится как к поисковому, так и оценочному испытанию скважины, например на этапе очистки призабойной зоны до получения чистой нефти); - разделение жидкости, притекающей к скважине, на три раздельные жидкие фракции (нефть, газ и воду), точное измерение объема жидких фракций, сбор и отделение твердых фракций в соответствии с технологическими требованиями; - отбор проб на поверхности; - утилизацию выходящих жидкостей с учетом требований по охране окружающей среды.
Стандартный комплект оборудования Стандартный комплект испытательного оборудования включает: - фонтанное оборудование устья скважины - предохранительный клапан - песочные фильтры - штуцерный манифольд - система аварийного отключения - теплообменник - сепаратор - герметичная вертикальная мерная ёмкость - перекачивающий насос - нефтяной и газовый манифольды - горелки и стрелы-манипуляторы.
Типовая схема наземного оборудования для испытаний скважин Отбор проб Устьевой Испытательная клапанустьевая отсекатель фонтанная арматура Ввод химреагентов Клапан регулир. противо давл. Штуцер Дегазатор Теплообменник Диафрагменный расходомер Выкидная линия Перекачивающий насос Сепаратор Линия глушени я Клапан регулир. противо давл. Факельная система Коллектор данных Скважинный термометр Штуцерный манифольд Счетчик воды Счетчик нефти Датчик давления Подача воды Подача воздуха Скважина Отбор проб сепарации
Компоновка оборудования Состав наземного оборудования для испытания скважины и его компоновочное размещение может быть различно и определяться условиями окружающей среды, состоянием скважины и задачами проведения испытаний. При определении требуемой компоновки оборудования во внимание принимается: Местоположение - наземное или морское Характеристики скважины - дебит и давление - свойства жидкости, притекающей к скважине (характеристики нефти и формирование гидрата) - выход песка - наличие коррозийных жидкостей (H 2 S , CO 2, кислота).
Фонтанная арматура размещена непосредственно вверху скважины и является первым компонентом оборудования, через который проходит жидкость из скважины. Обеспечивая перенос жидких фракций из скважины/в скважину, она выполняет пять основных функций: - удерживает вес испытательной колонны -обеспечивает спуско-подъемное (возвратно-поступательное) перемещение испытательной колонны. При наличии вертлюга возможно вращение испытательной колонны. Потребность в установке вертлюга определяется типом используемого скважинного испытательного оборудования. Некоторые из применяемых испытательных приспособлений работают при возвратно-поступательном их перемещении в скважине, некоторые при вращательном, а часть приспособлений при сочетании обоих видов перемещений; - управляет потоком из скважины при помощи фонтанной задвижки; - обеспечивает подсоединение к линии глушения скважины, с тем, чтобы ее можно было заглушить по завершении испытаний, или в случае аварийных ситуаций. Линия глушения крайне важна для управления давлением в скважине. Управление давлением необходимо при извлечении испытательной колонны из скважины по завершении испытаний и является очень важным элементом обеспечения безопасности. Например, при чрезмерной высоком скважинном давлении, инструментальная колонна может быть извлечена через пол буровой вышки; - позволяет спускать в скважину инструмент через буферную задвижку.
2 ¼ дюймовая фонтанная арматура для испытания скважины состоит из: - ручной буферной задвижки 2 9/16 дюйма; - узла трубопроводных переводников 2 ¼ дюйма с встроенным отказобезопасным клапаном с дистанционным управлением; - вертлюгом фонтанной головки диаметром 2 ¼; - независимой коренной задвижкой 2 9/16 дюйма. (1)-Подъемный переводник (2)-Буферная задвижка (3)-Отказобезопасный клапан золотникового типа (4)-Линия глушения (5)-Трубопровод (6)-Вертлюг (7)-Коренная задвижка
3 1/8 и 3 1/16 дюймовая фонтанная арматура Состоит из: § Узла фонтанной арматуры: - буферной задвижки; - двух задвижек на боковых линиях, одна из которых с гидравлическим приводом (на линии притока); - независимой коренной задвижки; - вертлюга фонтанной арматуры. § Транспортировочной рамы. (1)-Подъемный переводник (2)-Задвижка линии глушения (3)-Линия глушения (4)-Буферная задвижка (5)-Привод задвижки линии притока (6)-Линия притока (7)-Вертлюг (8)-Коренная задвижка
Коллектор сбора данных используется для подсоединения приборов и датчиков, обеспечивающих регистрацию данных, после штуцерного манифольда. Стандартный коллектор сбора данных включает в себя от четырех до шести портов для подключения манометров и других измерительных датчиков. Коллектор сбора данных с зондом Sandec (для обнаружения песка в протекающей жидкости), смонтированным сбоку (вверху) и блок-схема (внизу). (1)-Канал для термопары (2)-Зонд Sandec (3)-Направление потока
Штуцерный манифольд предназначен для регулирования потока жидкости из скважины за счет уменьшения напорного давления и обеспечения постоянного значения дебита в технологическое наземное оборудование. При испытании скважины, на манифольде должно быть достигнуто критическое значение потока (при котором величина давления за штуцером составляет примерно половину входного давления). При критическом значении потока изменения давления и дебита за манифольдом не оказывают влияния на давление и дебит в стволе скважины. Штуцерный манифольд состоит из задвижек и арматуры, скомпонованных для направления потока в одну из двух штуцерных коробок. Одна коробка является штуцером с переменным сечением, вторая с постоянным. Установка штуцера с постоянным сечением выполняется вворачиванием откалиброванной пробки штуцера. Размеры отверстия пробки имеют обычно градуировку в 1/64 д. (0, 4 мм), что позволяет обеспечить параметры потока, указанные для конечной стадии испытания. Штуцер с постоянным сечением может заменяться в процессе эксплуатации во время прохождения потока через штуцерную коробку с изменяемым сечением. Изменяемый штуцер имеет проходное сечение с изменяемой геометрией, которая может легко меняться без необходимости изолирования (перекрывания) штуцерной коробки. Для случаев, когда известны размеры проходного сечения и давление перед элементом при критическом значении расхода, можно определить параметры потока во время промывки скважины.
Штуцерный манифольд (вид с трех сторон) (1)- Вид спереди (2)- Впуск жидкости (3)- Вид сбоку (4)- Выпуск жидкости (5)- Вид сверху (6)- Выпуск жидкости (7)- Регулируемый штуцер (8)- Впуск жидкости (9)- Сменный штуцер (фиксированного размера)
Функционирование Поток из скважины направляется на штуцер с переменными сечением. Сечение штуцера увеличивается до достижения указанного в технических условиях давления потока из скважины. После этого, в коробке штуцера с постоянным сечением устанавливается штуцерная пробка – при этом ее размер соответствует считываемому значению (в баррелях) на штуцере с переменным сечением для заданного давления потока в устье скважины. После этого поток пропускается через штуцер с постоянным сечением при заданной интенсивности отдачи.
Теплообменники, обычно называемые нагревателями, служат для повышения температуры скважинной жидкости для предупреждения образования гидратов, снижения вязкости и разложения эмульсии с целью облегчения сепарации нефти и воды. Типы нагревателей и их применение Нагреватели используются практически на всех этапах добычи и переработки нефти. Они различны по своим габаритам и сложности (от простых ёмкостей, заполненных горячей водой, до сложных крекинговых печей на нефтеперерабатывающих предприятиях). Нагреватели обычно подразделяются на установки прямого и непрямого нагрева. В обогревателях прямого нагрева подогреваемая жидкость протекает по трубкам, размещенным в коробе, находящемся под непосредственным воздействием открытого огня. Бойлерный котел является примером нагревателя прямого действия. В нефтяной промышленности использование нагревателей прямого действия имеет ряд ограничений. В нагревателях непрямого действия подогреваемая жидкость из скважины протекает через змеевик, помещенный в ёмкость с горячей водой. Нагрев воды осуществляется от теплового источника (дизельной печи).
Предупреждение образования гидрата Природный газ содержит водяной пар. При определенных условиях протекания жидкости через штуцер происходит ее расширение с понижением температуры потока и соответственно образованием гидрата. Гидрат образуется при затвердевании частиц воды и легких углеводородов, содержащихся в природном газе. Образование гидрата представляет собой серьезную проблему; при замерзании частиц в поверхностном оборудовании, клапана и расходомеры выходят из строя, а штуцера закупориваются. Гидраты природного газа напоминают гранулированные снежинки. Эти химические составы, состоящие из углеводородов и воды образуются при температурах, превышающих температуру замерзания воды, когда происходит растворение некоторых углеводородов в воде при низких температурах и повышенном давлении. Ускорению данного процесса способствует высокая скорость потока, изменение давления и смешивание, а также присутствие некоторых газов, в частности H 2 S и CO 2. Нагреватель используется для поддержания значения температуры выше критического, при котором возможно образование гидратов. Снижение вязкости Повышенная вязкость затрудняет прохождение жидкости по трубопроводам. Эта проблема, обычно, не встает остро при испытаниях скважины. Однако, наряду с изменениями состава жидкости пласта при ее подъеме на поверхность, вязкость может повышаться из-за снижения окружающей температуры, что, в свою очередь, может повлиять на качество проводимых испытаний. Поскольку вязкость зависит от температуры, то для снижения вязкости и предупреждения связанных с ней проблем обычно используется нагреватель. Разложение эмульсии Так как наличие воды в пласте неизбежно, встает проблема отделения ее от нефти. В определенных условиях нефть и вода эмульгируются и их сепарация возможна только при инжектировании в жидкость химических препаратов или подогреве ее с помощью нагревателей.
Паровой теплообменник практически полностью заменил собой нагреватели непрямого действия при работе на морских скважинах; он используется также там, где использование нагревателей непрямого действия не допускается нормативами. Эксплуатация паро-теплообменника практически исключает возможность возникновения пожара. Для его эксплуатации необходимо наличие соответствующего источника пара, однако в большинстве случаев регламентировано также и применение парогенераторов.
Замерный сепаратор Замерные сепараторы являются элементами оборудования многоцелевого назначения, используемые для отделения, замера расходов и исследования образцов всех фаз жидкости, притекающей к скважине. В связи с тем, что замерные сепараторы используются на разведочных скважинах с неизвестными фазами, они должны быть в состоянии обеспечить обработку широкого спектра скважинной жидкости, таких как газ, газоконденсат, легкие фракции, сырая нефть и вспенивающаяся нефть, а также нефть, содержащую воду и примеси, такие как буровой раствор или твердые частицы.
На рисунке показаны основные элементы замерного сепаратора: резервуар (с внутренними компонентами, регуляторы давления и уровня, и предохранительные устройства), трубная обвязка для отбора различных фаз и выполнения замеров (оборудованная соответствующими измерительными устройствами), салазки и защитная рама. Сепараторы также оборудуются встраиваемым измерителем усадки нефти и точками отбора проб.
Нефтяной и газовый манифольды Нефть, обработанная в сепараторе, может быть подана через нефтяной манифольд в мерную ёмкость, производственный трубопровод или на горелку в зависимости от условий испытания. Манифольд обычно оборудуется пятью 2 дюймовыми шаровыми клапанами. Поток из мерной ёмкости с помощью перекачивающих насосов направляется в нефтяной манифольд. Насосы создают давление, обеспечивающее подачу потока продукта в горелку или его повторную закачку в трубопровод. При использовании герметичной вертикальной мерной ёмкости манифольд выполняет ту же задачу. В целом, манифольд направляет в непрерывном режиме поток из сепаратора на горелку или в трубопровод. Вне зависимости от преобладающего направления ветра, в процессе испытаний морских скважин обычно задействуют две горелки. С помощью нефтяного манифольда можно направлять поток в горелки по левому или правому борту платформы, в зависимости от направления ветра, без приостановки испытаний. Газовый манифольд выполняет те же функции. Газ из сепаратора с помощью газового манифольда направляется в одну из горелок в зависимости от преобладающего (в момент проведения испытаний) направления ветра.
Нефтяной манифольд Смонтированный на полозьях нефтяной манифольд оснащен пятью задвижками. С помощью задвижек нефть подается на один из трех компонентов системы испытания скважины): - платформенную (судовую) горелку - портовую горелку - мерную ёмкость Направление потока через нефтяной манифольд (1)- К горелкам (2)- От мерной ёмкости (3)- К мерной ёмкости (4)- От сепаратора
Газовый манифольд направляет газ из сепаратора к факелу горелки по левому или правому борту платформы, в зависимости от направления ветра. Он состоит из сборки, смонтированной на полозьях, и двух шаровых клапанов. Направление потока через газовый манифольд (1)- К горелкам (2)- От сепаратора
Мерные ёмкости Атмосферная мерная ёмкость и герметичная вертикальная мерная ёмкость представляют собой одно из средств замера значений потока жидкости из сепаратора. Герметичная вертикальная мерная ёмкость может также использоваться в качестве сепаратора второй ступени. Использование герметичной мерной ёмкости является обязательным условием при выполнении работ на морских скважинах и при наличии H 2 S. Атмосферные мерные ёмкости позволяют с точностью определить коэффициент усадки посредством замера изменения объема нефти под воздействием атмосферного давления (на большие объемы продукта); то же самое относится и к работе герметичной мерной ёмкости при атмосферном давлении. Герметичная вертикальная мерная ёмкость представляет собой ёмкость, работающую под давлением в несколько бар, используемую для замера потока жидкости и получения точного коэффициента усадки и поправочного коэффициента жидкостных расходомеров. Существует два типа герметичных вертикальных мерных ёмкостей: - ёмкость с одним отделением (отсеком); - ёмкость с двумя отделениями, что позволяет опорожнять один отсек (с помощью перекачивающих насосов) с одновременным заполнением второго.
Герметичная вертикальная мерная ёмкость
Мерная ёмкость атмосферного давления представляет собой емкость без наддува, используемую для замеров в системах с малой подачей жидкости или калибровки расходомеров непрямого или объемного типа. Она имеет два отсека, один из которых может опоражниваться с помощью перекачивающих насосов с одновременным заполнением второго отсека. Расчет изменений объема жидкости (в зависимости от физических габаритов ёмкости) осуществляется по стеклянному смотровому уровнемеру.
Вид мерной ёмкости атмосферного давления с трех сторон (1)- Вид сбоку (2)- Вид спереди (3)- Выпуск нефти (4)- Впуск нефти (5)- Вид сверху (6)- Пламеуловитель (7)- Выпуск нефти (8)- Впуск нефти
Перекачивающий насос, подсоединенный к выпуску мерной ёмкости, используется для опорожнения одной из секций ёмкости во время заполнения другой. Большинство насосов являются электрическими, хотя возможна комплектация систем и дизельными насосами. Для повторного инжектирования нефти из сепаратора в существующие трубопроводы используются высокопроизводительные перекачивающие насосы высокого давления. Еще одной сферой применения перекачивающего насоса является нагнетание давления, в тех случаях, когда его значение недостаточно для распыления в горелке. Перекачивающий шестеренчатый насос
Горелки для сжигания нефтепродуктов и стрелы Горелки обеспечивают эффективную утилизацию нефти, полученной на поверхности в процессе проведения испытаний морских скважин; сжигание позволяет избежать проблем, связанных с необходимостью хранения нефти и загрязнением окружающей среды. Для ограничения теплового воздействия на буровые установки, горелки обычно монтируются на стрелах, длиной от 60 до 85 футов (18 -26 метров), которые позволяют размещать эти горелки на значительном удалении от буровых установок. Сферы применения Горелки и стрелы используются в следующих целях: - при испытаниях наземных и морских буровых скважин; - при очистке призабойной зоны скважин; - при утилизации отходов; - утилизации бурового раствора, на основе нефти; - утилизации пены во время работ по интенсификации добычи; - для обеспечения безопасности на буровой установке при выбросе. К нестандартным сферам применения горелок относится сжигание нефти высокой плотности с затонувших танкеров или сжигание нефтяной пленки, собранной на побережье.
Основные характеристики выносных стрел: - являются изделиями модульной конструкции, поставляются в двух длинах - обеспечивают доступ к горелкам - могут быть сориентированы как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости - комплектуются всей необходимой трубопроводной обвязкой для подключения горелок. Применение горелок было вызвано необходимостью совершенствования технологий испытаний морских скважин. Перед широким внедрением горелок в практику, большинство испытаний морских скважин было связано с необходимостью строительства дорогостоящих хранилищ нефти. Таким образом, по техническим соображениям и в целях безопасности при испытаниях можно было извлекать только небольшие количества нефтепродуктов, что ограничивало исследуемую площадь коллектора и получаемую информацию по скважине. Горелки позволяют утилизировать нефть с соблюдением мер безопасности и с учетом требований по охране среды, что позволяет использовать их и при испытании наземных скважин.
Горелка Ever. Green Система с двенадцатью форсунками и одинарной головкой позволяет оптимизировать пневматическое распыление и нагнетание воздуха. При этом инжектирование в пламя воды не требуется. Основное преимущество использования горелки Ever. Green заключается в том, что она обеспечивает сжигание без дыма при отсутствии побочных продуктов сгорания и минимальным отрицательным воздействием на окружающую среду; при этом допускается сжигание всех типов нефти, включая и сырые тяжелые нефтепродукты. (1)-Форсунка (2)-Пилотный агрегат (3)-Линия подвода пропана (4)-Впуск нефти (5)-Зажигалка
Скачать презентацию Наземное испытательное оборудование Дзюбло Александр Дмитриевич д г
Наземное испытательное оборудование.ppt