Справочник по газопромысловому оборудованию

БИБЛИОТЕКА НЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКА И ЕГО ПОДРЯДЧИКОВ (SERVICE)



В.В. ПЕТРУХИН , С.В. ПЕТРУХИН




СПРАВОЧНИК
ПО ГАЗОПРОМЫСЛОВОМУ
ОБОРУДОВАНИЮ




Учебно-практическое пособие









Инфра-Инженерия
Москва
2010

        УДК 622.323 ББК 33.361.6

   П31


Рецензенты:
   Карнаухов М.Л. - доктор технических наук профессор (заведующий кафедрой разработки газовых и газоконденсатных месторождений ТюмГНГУ).
   Грехов А.А. - заместитель начальника отдела главного механика по машиностроению ОАО "Сургутнефтегаз".


        ПЕТРУХИН В.В., ПЕТРУХИН С.В.

П 31 Справочник по газопромысловому оборудованию. - М.: Инфра-Инженерия, 2010. - 928 с.


ISBN 978-5-9729-0032-9




   Рассмотрены технологические процессы добычи, сбора, подготовки и транспортирования природного газа в условиях промысла. Описаны назначение,устройство,технические характеристики оборудования для добычи, сбора и подготовки газа на промыслах, оборудования трубопроводов. Приведены схемы, технические характеристики наземного оборудования, коммуникаций, запорной арматуры, устройств, входящих в комплекс объектов для технологических процессов.
   Справочник предназначен для инженерно-технических работников, занятых проектированием, строительством и эксплуатацией объектов газовых промыслов и транспорта газа, а также для студентов нефтяных и газовых специальностей.







              © Петрухин В.В., Петрухин С.В., авторы, 2010
                © Издательство «Инфра-Инженерия», 2010



ISBN 978-5-9729-0032-9

            Введение


   Добыча и переработка природного газа представляет собой комплексный процесс, осуществляемый в условиях непрерывного изменения состава сырья в результате снижения пластового давления при длительной эксплуатации скважин. Изменение состава сырья неизбежно приводит к необходимости реконструкции как промысловых установок комплексной подготовки газа (УКПГ), так и основных процессов на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ).
   Природный газ представляет собой сложную смесь легких углеводородов и неуглеводородных компонентов, таких как сероводород, меркаптаны, диоксид углерода, азот, гелий и т.п. Соотношение компонентов в сырье может изменяться в широких пределах, что оказывает влияние на выбор схемы газоперерабатывающих заводов и получаемой товарной продукции. Физическая переработка природного газа в большинстве случаев сводится к сепарации сырьевого газа с целью отделения влаги, механических примесей и углеводородного конденсата, извлечению из отбензиненного газа нежелательных компонентов (сероводород, тиолы, диоксид углерода и т.п.), абсорбционной и адсорбционной осушке и разделению углеводородной части на узкие фракции или индивидуальные компоненты.
   При необходимости физическая переработка газа дополняется химической переработкой, что предполагает включение в схемы вторичных процессов переработки газа, таких как пиролиз углеводородного сырья, дегидрирование изобутана и получение высокооктановых добавок к моторным топливам, получение серы из сероводорода и т.д. В настоящее время на ГПЗ широко применяются низкотемпературные процессы - низкотемпературная абсорбция, конденсация и ректификация, что позволяет увеличить отбор этана и повысить чистоту получаемых углеводородных продуктов.
   Введение в эксплуатацию новых месторождений со сложным составом пластового флюида позволило путем сочета

3

Справочник по газопромысловому оборудованию

ния традиционных способов осушки и очистки газа с низкотемпературными процессами разделения газовых смесей существенно расширить перечень товарной продукции, получаемой на ГПЗ из природного газа.
   Ограниченность природных ресурсов требует вовлечения в процессы газопереработки менее качественного газового сырья с высоким содержанием сероводорода, меркаптанов и диоксида углерода, низким пластовым давлением и т.д. В результате этого возникает необходимость модернизации действующих на УКПГ и ГПЗ установок с использованием накопленного опыта эксплуатации аналогичных установок как в нашей стране, так и за рубежом.

Глава I. Особенности конструкций газовых скважин






       ГЛАВА I


            ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН



           1.1. ОБОРУДОВАНИЕ СКВАЖИНЫ, ЗАКОНЧЕННОЙ БУРЕНИЕМ

   Газовые и газоконденсатные месторождения залегают в земной коре на различных глубинах: от 250 до 10 000 м и более. Для извлечения углеводородных компонентов пластового флюида с поверхности земли бурятся газовые и газоконденсатные скважины. Газовые скважины используются для следующих целей: движения газа из пласта в поверхностные установки промысла; защиты вскрытых горных пород разреза от обвалов; разобщения газоносных, нефтеносных и водоносных пластов друг от друга; предотвращения подземных потерь газа.
   Газовые скважины эксплуатируются в течение длительного времени в сложных, резко изменяющихся условиях. Действительно, давление газа в скважинах может достигать 100 МПа и выше, температура газа 523 К, горное давление за колоннами на глубине 10 000 м превышает 250 МПа. В процессе освоения, исследований, капитального ремонта и во время эксплуатации скважин резко изменяются давление, температура, состав газа, движущегося в скважине.
   Скважины являются дорогостоящими капитальными сооружениями. В общих капитальных вложениях в добычу газа удельный вес капитальных вложений в строительство скважин может составлять 60-80% в зависимости от глубины залегания месторождения, геологических условий бурения скважин, географических условий расположения месторождений.
   В зависимости от назначения скважины разделяются на:
   -   опорные скважины бурят для изучения глубинного строения малоисследованных крупных районов, определения общих закономерностей стратиграфического и территориально

5

Справочник по газопромысловому оборудованию

го распределения отложений, благоприятных для нефтегазо-накопления. В процессе бурения и в период заканчивания в этих скважинах производят полный комплекс промыслово-геофизических исследований, по результатам которых дают прогнозную оценку запасов нефти и газа;
   -   параметрические скважины бурят с целью изучения глубинного строения и сравнительной газоносности возможных зон газонакопления, для ускорения поисковых работ и снижения их стоимости без ущерба для решения основных геологических задач. Отбор керна сокращен;
   -   поисковые скважины предназначены для выяснения наличия или отсутствия нефтегазовых залежей на новых площадях и выявления новых залежей на разрабатываемых месторождениях. При вскрытии продуктивных горизонтов и на границах стратиграфических разделов предусматриваются сплошной отбор керна, комплекс промыслово-геофизических исследований и испытание возможно продуктивных горизонтов;
   -   разведочные скважины бурят на площадях, газоносность которых подтверждена поисковым бурением. При предварительной разведке делают оценку промышленного значения месторождения (залежи) и составляют технико-экономическое обоснование целесообразности его разведки. При бурении таких скважин предусматривается отбор керна в пределах продуктивных горизонтов, проведение комплекса промыслово-геофизических исследований, а также пробная эксплуатация. Продуктивные разведочные скважины на месторождениях, вводимых в разработку, передают в фонд эксплуатационных;
   -   эксплуатационные скважины предназначены для извлечения пластовых флюидов в соответствии с проектом разработки месторождения. В эту категорию входят также нагнетательные скважины, служащие для закачки в продуктивный объект воды, газа; оценочные - для оценки коллекторов продуктивных горизонтов; наблюдательные и пьезометрические - для наблюдения за изменением давления водогазонефтяного контакта в процессе эксплуатации месторождения;
   -   специальные скважины бурят для: сброса промысловых вод, ликвидации открытых фонтанов нефти и газа; проведения специальных работ по интенсификации притока; разведки и добычи технической воды и т. д.
   Для разобщения пластов, предотвращения обвалов стенок скважины, предотвращения поглощений и проявлений в сква

6

Глава I. Особенности конструкций газовых скважин

жину спускаются обсадные трубы. В пространство между трубами и стенками скважин закачивается цементный раствор.
   Долговечность работы и стоимость строительства скважин во многом определяются их конструкциями.
   Расположение обсадных колонн с указанием их диаметра, глубины спуска, высоты подъема цементного раствора, диаметра долот, которыми ведется бурение под каждую колонну, называется конструкцией скважины.
   Колонны обсадных труб скрепляются с породами геологического разреза цементным камнем, поднимаемым за трубами на определенную высоту.
   Ствол скважины сложен горными породами, отличающимися друг от друга литологическими, физико-механическими свойствами, видом насыщающих жидкостей, коэффициентами аномальности пластовых давлений и другими характеристиками.
   В процессе бурения ствол скважины может проходить через неустойчивые, склонные к обрушению породы, поглощающие или проявляющие горизонты. В таких случаях трудно обеспечить рациональный режим проходки всех горизонтов.
   Для обеспечения необходимых условий успешного строительства скважины и выполнения поставленных задач ее ствол крепится одной или несколькими обсадными колоннами.
   Обсадные колонны должны обеспечивать разобщение и изоляцию пластов с различными коэффициентами аномальности, предотвращение разрушения стенок скважины, сложенных неустойчивыми породами.
   Каждая колонна, входящая в колонну скважины, имеет свое назначение.
   Число обсадных колонн, глубина их спуска, диаметры колонн и скважины, интервалы цементирования колонн - все это в совокупности характеризует конструкцию скважин.
   Спускаемые в скважину обсадные колонны различны по диаметру.
   Направление - внешняя обсадная колонна большого диаметра и длиной 20-40 м, предназначенная для предотвращения размыва рыхлых верхних слоев пород.
   Кондуктор - обсадная колонна, предназначенная для перекрытия неглубоко залегающих зон осложнений и крепления направления. Может спускаться до 400—500 м. Если кондуктор оборудуется противовыбросовой арматурой, то минимальную глубину установки башмака кондуктора (или промежуточ

7

Справочник по газопромысловому оборудованию

ной колонны) рассчитывают из условия предупреждения гидроразрыва при возможных ликвидациях газопроявлений.
   Эксплуатационная колонна - последняя внутренняя обсадная колонна труб, предназначенная для изоляции стенок скважины от проницаемых горизонтов. Она выполняет роль долговременного герметичного канала, внутри которого по лифтовым трубам транспортируется на поверхность пластовый флюид.
   Промежуточная колонна - обсадная колонна, спущенная между кондуктором и эксплуатационной колонной и служащая для перекрытия зон осложнений или горизонтов, которые расположены выше проектной глубины.
   Конструкция добывающих газовых скважин зависит от многих факторов, в частности от пластового давления и отношения его к гидростатическому, геологических условий бурения, геолого-физических параметров пласта, физических свойств пластового флюида, разности давлений между пластами, технологических условий эксплуатации скважин, режима эксплуатации пласта, экономических соображений (рис. 1.1).
   Физические свойства газа - плотность и вязкость, их изменение в зависимости от давления и температуры существенно отличается от изменения плотности и вязкости нефти и воды. Во многих случаях плотность газа значительно меньше плотности нефти и воды, а коэффициент динамической вязкости газа в 50-100 раз меньше, чем у воды и нефти.
   Различие плотностей газа и жидкостей вызывает необходимость спуска кондуктора в газовых скважинах на большую глубину, чем в нефтяных, для предотвращения разрыва газом горных пород, загрязнения водоносных горизонтов питьевой воды, выхода газа на дневную поверхность.
   Малая вязкость газа вызывает необходимость принимать особые меры по созданию герметичности как обсадных колонн, так и межтрубного пространства газовых скважин.
   Герметичность колонн обсадных труб достигается различными способами: применением резьбовых соединений на концах труб и муфтах со специальной трапецеидальной формой поперечного сечения с тефлоновыми уплотнительными кольцами, использованием фторопластовой уплотнительной ленты, герметизирующих уплотнительных составов для муфтовых соединений типа УС-1, ГС-1. Герметичностьзаколонно
8

Глава I. Особенности конструкций газовых скважин

го пространства скважин обеспечивается применением цементов определенных марок, дающих газонепроницаемый, трещиностойкий цементный камень.

        Трубы обсадные

   Трубы обсадные предназначены для крепления нефтяных и газовых скважин.
   По точности и качеству изготовляются в двух исполнениях А и Б, по видам соединений:
   -    с короткой и удлиненной треугольной резьбой и трапецеидальной резьбой (ОТТМ, ОТТГ) по ГОСТ 632-80, API 5CT;
   -   с уплотнением резьбового соединения лентой ФУМ по ТУ 14-3-514-76;
   -   равнопроходные с резьбой «Батресс» по ТУ 14-161-169-96;
   -   с резьбой «Батресс» по ТУ 14-161-175-98, API 5CT.
   По эксплуатационным характеристикам трубы изготовляются в обычном исполнении по ГОСТ 632-80 и с повышенной пластичностью и хладостойкостью по ТУ 14-3-1736-90.
   По длине трубы изготавливаются от 6 до 13 м, основная длина 9,5- 12 м. Количество труб короче 9,5 м по нормам ГОСТ 632-80. Проводятся обязательные испытания: на растяжение, на сплющивание, гидроиспытание.
   Трубы также выпускаются по следующим техническим условиям (ТУ):
   ТУ 14-3-461-76. Трубы обсадные под контактную сварку. Трубы поставляются группы прочности Е. Испытания согласно ГОСТ 632-80. Трубы поставляются без резьбы и без муфт.
   ТУ 14-3-1667-89. Трубы обсадные стальные с узлом уплотнения из полимерного материала. Каждая труба поставляется с муфтой со вставленными уплотнительными кольцами. Испытания согласно ГОСТ632-80.
   ТУ 14-3-1811-91. Трубы обсадные и муфты к ним с улучшенными характеристиками. Группы прочности Д, К, Е, Л, М.
   ТУ 14-3-1813-91. Трубы обсадные и муфты к ним для водяных скважин. Группы прочности С, Д, К, Е. Испытания по ГОСТ 632-80. Трубы и муфты к ним изготовляются с треугольной резьбой.
   ТУ 14-161-149-94. Трубы обсадные и муфты к ним сероводородостойкие и хладостойкие. Трубы изготовляются с резьбой: треугольной, ОТТМ, ОТТГ, «Батресс».
   ТУ 14-161-162-95. Трубы обсадные и муфты к ним для обу9

о

Таблица 1.1

Условный диаметр трубы, мм Толщина стенки, мм                                                                                                       Тип труб, группа прочности                                                                                                                  
                                                                      ГОСТ 632-80, ТУ 14-3-1667-89, API5CT,                                                ТУ 14-3-1736-90                                        ТУ 14-3-514-76                                                                
                                                                        ТУ 14-161-175-93, ТУ 14-161-169-96                                                                                                                                                      ТУ 14-161-149-94                
                                                                                    исполнение                                                                исполнение                                            исполнение                                                                  
                                                                  А                                            Б                                     А                            Б                          А                       Б                                                          
                                              с короткой и удлиненной опм оттг, "Батресе" с короткой и удлиненной ОТТЫ, ОТТГ, "Батресе" с короткой и удлиненной ОТТЫ с короткой и удлиненной ОТТЫ с короткой и удлиненной с короткой и удлиненной с короткой и удлиненной ОТТЫ, ОТТГ, "Батресе"
                                                треугольной резьбой                         треугольной резьбой                           треугольной резьбой          треугольной резьбой          треугольной резьбой     треугольной резьбой     треугольной резьбой                        
114                        5,2                д                                -                     -                      -                      -            -    -                       -               -                       -            ДсКсЕс                  -                    
                           5,7                д                                -                                            -                                   -                            -                                                    ДсКсЕс                  -                    
                           6,4                д                             Д,Е,Л,М                Д.К.Е                    -                                   -                            -                                                    ДсКсЕс                  ДсКсЕс               
                           7,4                                             Д,Е,Л,М,Р               Д.К.Е          Д,К,Е,Л,М,Р                      -            -    -                       -               -                       -            ДсКсЕс                  ДсКсЕс               
                           8,6                           -                 Д,Е,Л,М,Р            Д,К,Е,Л,М,Р       Д,К,Е,Л,М,Р                                   -                            -                                                    ДсКсЕс                  ДсКсЕс               
                           10,2                          -                   Л,М,Р                   -                      -                      -            -    -                       -               -                       -            ДсКсЕс                  ДсКсЕс               
127                        5,6                д                                -                     -                      -                      -            -    -                       -               -                       -            ДсКсЕс                  -                    
                           6,4                д                             Д,Е,Л,М                Д.К.Е                    -                      -            -    -                       -               -                       -            ДсКсЕс                  ДсКсЕс               
                           7,5                д                            Д,Е,Л,М,Р              Д,К,Е,Л         Д,К,Е,Л,М,Р                                   -                            -                                                    ДсКсЕс                  ДсКсЕс               
                           9,2                                             Д,Е,Л,М,Р            Д,К,Е,Л,М,Р       Д,К,Е,Л,М,Р                      -            -    -                       -               -                       -            ДсКсЕс                  ДсКсЕс               
                           10,2                          -                 Д,Е,Л,М,Р                 -                      -                      -            -    -                       -               -                       -            ДсКсЕс                  ДсКсЕс               

Справочник по газопромысловому оборудованию