Газлифттің жаңа технологиялары

Солтүстік теңіздегі норвегиялық платформаларда газлифтті эксплуатацияны басқару үшін оперативті жұмыс режиміне қосылған өндіруді оптимизациялау құралдарын қарастырайық. Батырмалы электросораптармен тереңдік сорапты эксплуатациямен газлифтті бірге қолданатын жүйе бейнеленген; Колумбия кен орнында тексеріліп жатқан қондырғы. Кен орнында өндіруді оптимизациялау. Норвегия, Ослода орналасқан ABB Industry компаниясы оперативті режимде өндіруді оптимизациялауға және басқаруға арналған жаңа құралдарды жобалайды. Жүйелер Солтүстік теңіздің норвегиялық секторында орналасқан кен орындарын өндіргенде қолданады. Осындай екі жаңа құрал болып мыналар табылады:

1) Белгілі тор бойынша орналасқан ұңғылардың оперативті режимінде эксплуатациялаудың оптимизаторы. Бір кооллекторлық кәсіптік құбыр жүйесіне қосылған газлифтті және фонтанды әдістермен эксплуатацияланатын ұңғыларды салыстырып мұнай кен орындарында оптималды жұмыс нүктелерін есептейді.

2) газлифтті әдіспен эксплуатацияланатын кен орындағы әрбір ұңғының режимін тұрақтандыратын ұңғыны автоматты басқаруға арналған реттеуші.

Оперативті режимде оптимизациялау.

Пайдаланушыдың берілген оптимизация критерийлеріне сүйене отырып (әдетте баға немесе дебит), жүйе нақты уақыт масштабында әрбір газлифтті ұңғыға арналған кенішке газдың айдау темптерін және фонтандайтын ұңғының әрқайсысына сағадағы қысымның оптималды мөлшерін есептейді. Оптимизация жүйесі тордың барлық ұңғылары арасындағы өзара жұмыстарын оптимизациялайды. Оптимизациялық есептеулер винттік үлестіруші жүйе қысымдарының өзгеруін және газ компрессорларын қосады. Кен орының өндірудің оптимизациялаудың жаңа стратегиясы DCS және SCADA жүйелерімен тығыз байланысқан, бұл параметрлердің мәндерін үздіксіз өзгертуге мүмкіндік береді. Одан басқа оптимизатор уақыттың өте қысқа интервалында да оптималды режимнің параметрлерін жиі есептеуге мүмкіндік береді. Мысалыға ұңғылар техникалық қызмет етуде, жөндеу жұмыстары және тәжірибелерде болған кезде. Кен орынын өңдеу оптимизаторы ағынның көпфазалы жәй модельдерін қолдануда негізделген. Жаңа жүйе арқылы кез-келген күрделі проблемаға тез арада шешім табуға болады.

Мысалы, 30 қиылысу тораптары бар және құбырлардың жалпы ұзындығы 44 км-ға тең 13 ұңғыдан тұратын оптимизацияланған эксплуатация торы 20 с ішінде шешілген. Одан әрі жылдам алгоритмдар қолдану кезінде дәл осы есепті шешу үшін 5-10 с кетеді деп күтілуде.

Автоматты реттеуші шегендеуші тізбекте деңгейдің көтерілуімен сипатталатын газлифтті әдіспен эксплуатацияланатын ұңғыдан жүретін мұнайдың тұрақсыз келу проблемасын шешуге мүмкіндік береді. Газлифт кезіндегі мұнайдың тұрақсыз келуі кезінде бетке сұйықтың берілуінің азайюына немесе мүлдем тоқтауына алып келе алатыны белгілі. Бұл мұнайдың орташа дебитінің көлемін жабдықтың жобаланған өнімділігімен салыстырғанда бірнеше есе азаюына әкеледі.

Реттеуші айдаушы және экплуатациялаушы газды ысырмаларын басқару арқылы өндіруді тұрақтандырады. Регулятор кіруіне сақиналы құбыраралық кеңістіктегі және ұңғы сағасындағы кәсіптік қысымдар өлшемдері беріледі. Жаңа регулятор дебиті тұрақсыз ұңғыларда кәсіптік тексерулерді өтеді.

Электробатырмалы сораптар және газлифт әдісін біруақытта қолдану үшін арналған жабдықтар. Әдетте газлифт және элктробатырмалы сораптар бір-біріне қарсылас әдістер ретінде қарастырылады. Бірақ та REDA және HOCOL.S.A компанияларымен жүргізілген тәжірибелерде газлифт және электробатырмалы сораптар әдістері біруақытта қолданды. Тәжірибелердің басты мақсаты газлифт арқылы эксплуатацияланатын ұңғылардың өңделуін батырмалы электро сораптарды қолдану арқылы екі есе көбейту болды. Қондырғылар газлифт және электро батырмалы сораптарын біруақытта қолдануын дүние жүзінде бірінші рет жүзеге асырды. Тәжірибе кезінде жақсы нәтижелер алынған.

Мұнай өндірудің жоғары эффективті технологиясы – ұңғыларды эксплуатациялаудың газлифтті үздіксіз-дискретті әдісі (ГҮД).

ТОО «Научно-технический центр Нефтегазпроект» мұнайөндірудің жаңа жоғары эффективті әдісін ұсынады – ұңғыларды эксплуатациялаудың газлифтті үздіксіз-дискретті әдісі. Бұл жаңа сапалы технология – ол компрессорлы газлифт сүлбелері үшін оптималды ал компрессорсыз газлифт сүлбелері үшін мүлдем керемет болып келеді.

ГҮД технологиясы 1997 жылдан бастап ірі Жана-Жол мұнайгаз кен орынында енгізіліп жатыр. 2002 жылдан шілдесінде ГҮД-ға 32 ұңғы көшірілді. Ұңғылар компрессорсыз газлифт сүлбесі бойынша жұмыс істейді, жұмысшы агент ретінде ұңғының өз газ қабаты қолданады. Технологияның қолдануы ұңғылардың сұйық бойынша дебитін 100-200%-ке көбейтуге мүмкіндік берді.

ГҮД технологиясының негізгі артықшылықтары мыналар болып табылады:

- Жұмысшы агентті дайындамай-ақ ұңғыларды компрессорсыз газлифтті эксплуатациялау мүмкіндігі

- Ұңғы дебитіне қарай газлифтті көтергіштің жұмыс режимінің автоматты түрде орнатылуы

- Ұңғылардың автоматты реттеудің тәуелсіз жүйесі ретінде жұмыс істейтін бір комплекске қосылуы

- Жер бетіндегі реттеуші құрылғылардың жоқтығы

- Жабдықтың жоғары ремонтаралық периоды (2-3 жыл)

- Ұңғыны жабдықтауға кететін төмен қаржылық шығындар

- Төмен эксплуатациялық шығындар

Үздіксіз-дискретті газлифттің негізі болып РПС-73 дифференциалды реттеуші тетігі болып табылады, оны ұңғының есептелген тереңдігінде арнайы ұңғылық камерада қондырады. Реттеуші тетігінің ұңғыға қондырылуы және шығарылуы арқанды техниканың стандартты құраладары арқылы жүргізіледі. Бұл технологияның ерекшелігі ол - ұңғының эксплуатациясы берілген түптік қысымдар режимінде жүреді. Ал газлифтті көтергіштің жұмыс режимі автоматты түрде ұңғы дебитіне қарай орнатылады. Бұл сұйықтың динамикалық деңгейін және ұңғының сақиналық кеңістігіндегі газдың қысымын автоматты түрде тұрақтандыру арқылы жүргізілдеі.

Газлифтті көтергішті шартты түрде екі бөлікке бөледі – жоғары және төмен. Төменгі бөліктің жұмысы сұйық ағынның пилотты затворымен басқарылады, жоғары бөлік екіпозиционды жұмысшы агенттің берілісін реттеуші тетігімен басқарылады.

Көтергіш құбырларындағы сұйық ағынының басқарылуы екі параметр бойынша жүргізілдеі: ұңғыдағы сұйықтың динамикалық деңгейінің орнын аңықтайтын реттеуші тетік кіруіндегі қысымдар өзгеруі және атып шығатын сұйық бағанасының биіктігін аңықтайтын реттеуші тетік шыуғындағы қысым.

Параметрлер технологиялық ойластырулар негізінде беріледі, бұл параметрлер реттеуші тетіктің ұңғыға түсірілу алдында арнайы стендте реттеледі.

РПС-73 реттеуші тетігің техникалық мәліметтері

Ағынның ұңғылық дифференциалды регуляторы РПС-73 айдалатын жұмысшы агент (газ) және ұңғыда жиналатын сұйықтардың көтергіш тізбекке берілуін реттеуге арналған. Реттеуші тетікте екі функционалды тәуелсіз торап болады, олар газ және сұйық ағындарының бөлек реттелуін жүргізеді.

1. Көтергіш тізбектің диаметрі, мм 73

2. Затвордың өтуші тесігінің диаметрі, мм:

- Негізгі 25

- Көмекші 15

3. Реттеуші блогының реттелу шектері, МПа

- Сұйық ағыны 0,3...3,0

- Газ ағыны 0,5...4.0

4. Басқару органның зарядталу қысым, МПа, 10

5. Диаметр, мм

- Реттеуші тетік 58

- Ұңғылық камера 107

6. Ұзындық, мм

- Реттеуші тетік 1060

- Ұңғылық камера 1100

7. Масса, кг

- Реттеуші тетік 13

- Ұңғылық камера 18

Дәріс 11. Ұңғымаларды штангалық сораптармен пайдалануға арналған жабдықтар

Штангалық сораптармен ұңғымаларды пайдалану әдісінің негізіне ұңғымаға түсірлетін іс-әрекеті қайтымды көлемдік сораптар кіреді және олар жер бетінде орналасқан жетектеуші механизммен механикалық түрде байланысқан. Барлық мұндай жабдықтар кешені штангалық ұңғымалы сорапты қоңдырғы деп аталады (ШҰСҚ).

Штангалық сорапты қоңдырғы сағылық жабдықтан, штангалық сораптардың тізбегінен, сораптық компрессорлы құбырлардың тізбегінен, ұңғымалы сораптан және қосымша жер асты қоңдырғысынан тұрады. Бөлек жағдайларда қандайда бір элемент орын алмауы мүмкін, сол кезде оның қызметін ШҰСҚ-ң басқа элементтері атқарады.

Жетек қозғалтқышының энергиясы қайтымды-ілгерілмелі жүретін сораптық штангілердің тізбегінің механикалық энегиясына түрлендіріледі.

Сораптық штангілердің тізбегі бір-бірімен бұрандалармен байланысқан және штангалардан құралған өзекше (стержен) түрінде келтірілген. Сораптық штангалар тізбегі механикалық энергияны жетек механизмінен ұңғыманың сорабына береді. Ұңғымалық сорап (негізінен плунжерлі болып келеді) қайтымды-ілгерілмелі қозғалатын штангалардың механикалық энергиясын қабаттық сұйықтарды тартып шығару энергиясына түрлендіреді.

Көп жағдайда ҰШСҚ-да жетек ретінде балансирлы тербелмелі-станоктарды қолданады (сурет 11.1). Балансирлі тербелмелі-станоктар массалы фундаментте 1 орналасқан рамадан 2 құралған. Рамада тірек 9 құрылып, онда топсаның көмегімен балансир 10 бекітілген, оның бір шетінде басшық 12 орналасқан, екінші шетінде оны шатунмен байланыстыратын топса бар. Шатун редуктордың шығар білігінде бекітілген кривошиппен 5 біріктірілген. Редуктордың кіру білігіне сына (клин) тәрізді белдікті беріліс арқылы электро-қозғалтқышы 3 жалғанған. Балансирдің басына штангалар тізбегі арқанды ілгіштің көмегімен 13 байланысады.

Сораптың арқанды ілгіші сораптық штангалар тізбегін тереңдікте орналасқан ұңғылық сораптың плунжерлерімен жалғастырады. Тізбек жеке штангалардан 17 жиналады. Штангалардың ұзындығы 6-дан 10 м дейін, диаметірі 12 ден 25 мм-ден жоғары және бір бірімен муфталар 23 арқылы жалғасады. Жылтыратылған штоктың жоғары класты тазалықпен өңделген беті болады, кейде оны бірінші немесе сальникті штанга деп те атайды.

Сораптық компрессорлы құбырлар тізбегі қабаттық сұйықты жер бетіне шығарады және сағалық арматураны тереңдегі ұңғылық сораптың цилиндірімен біріктіреді. Ол жеке құбырлардан 18 құралған, ұзындықтары 8-12м, диаметрі 48-114мм және шығар жердегі құбырлар буынымен біріктірілген.

СКҚ-ды герметизациялау үшін тізбек құрылғысының жоғарғы бөлігінде сағалық сальник орнатылған. Сальник арқылы жылтыратылған штанга өткізілген ұңғыма сағасының жабдықтарынан өндірілетін сұйықты алып кететін жері болады және ол арқылы сұйық алынады да, сүзгі тор арқылы өндіріске жіберіледі.

Әрекеті бір жақты ұңғымалық сорапты қарастырайық ІІІ. Ол СКҚ тізбегіне жалғанған цилиндрден 24 және штанга тізбегіне жалғанған плунжерден 25 тұрады. Айдау клапаны 26 плунжерге, ал сору клапаны 27 - цилиндрдің төменгі бөлігінде орнатылған.

Сораптың төменгі бөлігінде қажетті жағдайда газды IV немесе құмды сұйықтан бөлетін якорь орнатылған. Газ құбырсыртындағы кеңістікке СКҚ 18 және шегендеу 16 құбырлар тізбегінің арасы арқылы өтеді, құм якорьдің корпусында тұнып қалады.

Сурет 11.1. Ұңғымалық штангалы сорап қондырғысы (ҰШСҚ)

1-фундамент; 2-рама; 3-электрқозғалтқыш; 4-сына-белбеулі беріліс; 5-кривошип; 6, 8-контрасмалық жүктер; 7-шатун; 9-ұстын; 10-балансир; 11-балансир басын бекітіп қою механизмі; 12-балансирдің басы; 13-арқан ілу құрылғысы; 14-жылтыратылған шток; 15-сағалық сальник; 16-шегендеу құбырларының тізбегі; 17-штанга тізбегі; 18-СКҚ; 19-тереңдік сорабы; 20-газды якорь; 21-штанганың шыңдалған нығыздағышы; 22-құбырлы цилиндр; 25-сорап плунжері; 26-айдау клапаны; 27-сору клапаны.

ҰШСҚ көптеген күрделі жүйелі тораптардан тұрады. ҰШСҚ-сының классификациясы (сурет 11.2) морфологиялық матрица ретінде келтірілген.

Морфологиялық матрицаның үстіңгі қатары жетектеушілердің түрлері мен модификацияларын бейнелейді. Мұнда балансирлі тербелмелі-станок (ТС), трапециалы заңдылықпен қозғалатын ұзын жүргішті механикалық жетектеу, гидравликалық және пневматикалық жетектеуіштер келтірілген.

Матрицаның екінші қатары сағаны герметизациялайтын жабдықтардың құрылымдық бірліктерін құрайды. Оның бірінші бағанасында тұтас жылтыратылған штогы бар сағалық сальник бар, екіншісінде – қуысты жылтыратылған шток, үшіншіде – тереңдетілген сальникпен, төртіншіде – ұңғылық тығыздатылған сальникпен, бесіншіде – таспалы немесе шыбықты қозғалмалы моменттерді қолдану.

Сорапты штангылардың тізбегінң басқа тығыздатқыштарынң түрлері ұңғы сағасында берілген жолдағы басқа блоктарда келтіріуі мүмкін.

Үшінші қатарда штангалық тізбектердің түрлерін көрсететін блоктар орналасқан. Бірінші түрі – кәдімгі штангалардың тізбегі, оның бір – бірімен жалғанатын жеке элементтері бұранданың көмегімен біріктіріледі, екінші блокта – қосылған штангалар тізбегі, ол өзіне металды және металл емес штангаларды қосады, үшінші блокта – үзіліссіз болатты эллипс түрдегі штангалар, төртіншіде – үзіліссіз болатты арқанды штангалар, бесіншіде – болатты таспалы штангалар және т.б.

Төртінші қатарда ұңғылы сораптардың түрлері орналасқан. Плунжерлі бір сатылы сораптар бірінші блокта орналасқан, жоғары тұтқырлы мұнайды шығаратын сораптар екнші блокта, төртіншісінде – елееулі механикалық қоспаларды және бар сұйықтарды көтеріп шығаратын сораптар.

Ұңғылы сораптардың жұмыстық мүшелерінң әртүрлері бесінші қатарда көресетілген, алтыншы қатарда сораптардың клапанды түйіндерінің түрлері көрсетілген.

Сурет 11.2. Штангалы ұңғымалы сорап қондырғысының

морфологиялық матрицасы

11.2-суретте келтірілген морфологиялық матрица вертикаль түрінде (бекіткіш элемент түрлері мен олардың бұрандасының бекіткіш элементтеріне дейін) және әр қатарда горизонталь түрінде жалғасуы мүмкін. Бүгінгі таңда қандайда бір қатар немесе бағана, толық толған түрінде көрінуі мүмкін, барақ ертең жалғаса беретін ғылыми техникалық прогресс үшін қатарлар мен бағаналарда жаңадан ондаған элементтер пайда болуы мүмкін.