Курсовая работа (т): Проектирование комплекса оборудования для гидроразрыва пласта

, МПа(2.4)

где P_стр - страгивающая нагрузка для обсадных труб из стали группы прочности Д, равна 1,7 МН [10, стр.54, табл.24];

k - запас прочности (k=1,5);

G - усилие затяжки при обвязке обсадной колонны, равное 0,5 МН.

Из полученных двух значений p_у принимаем меньшее (37,78 МПа). Соответствующее забойное давление составит:

p_з.р=p_у+rg(H-h)=37,78×10⁶+950×9,81(1800-57,6)=54,02 МПа.

Полученное значение забойного давления оказалось больше, чем необходимое давление разрыва (23,4 МПа).

Поэтому давление на устье должно быть:

p_у= p_з.р-rg(H-h)=27,4-16,2=11,2 МПа.

По результатам расчетов можно сделать следующие выводы:

Давление на устье скважины (11,2 МПа) ниже допустимого для принятых труб из стали группы прочности Д (при толщине стенки 12,1 мм трубы испытываются на внутреннее давление 43,7 МПа, согласно ГОСТ 632-80), но соответствующее забойное давление (54,02 МПа), при минимальном давлении на устье (37,78 МПа), выше допустимого для эксплуатационной колонны (43,7 МПа).

Поэтому проведение ГРП через обсадную колонну невозможно, следовательно при гидроразрыве пласта необходимо проводить закачку жидкости по насосно-компрессорным трубам с установкой пакера и якоря, для предохранения эксплуатационной колонны от воздействия избыточных давлений.

)        Определение необходимого количества рабочей жидкости

Количество жидкости разрыва не поддаётся точному расчету. Оно зависит от вязкости жидкости разрыва и фильтруемости, проницаемости пород призабойной зоны скважины, темпа закачки жидкости и давления разрыва. По опытным данным объем жидкости разрыва изменяется от 5 до 10 м³. Примем для нашей скважины V_р=8 м³ нефти.

)        Необходимое количество песка

Количество песка G_п, потребное для гидроразрыва, также нельзя рассчитать. По данным отечественной практики количество песка обычно принимают равным 8-10 т на один гидроразрыв. Принимаем для рассматриваемой скважины G_п=10 т.

Количество жидкости-песконосителя зависит от свойств этой жидкости (вязкость, фильтруемость и пескоудерживающая способность), количества закачиваемого в пласт песка и его концентрации.

Концентрация песка С зависит от вязкости жидкости-песконосителя и темпа закачки. Рекомендуется принимать следующую концентрацию песка: для нефти вязкостью до 0,25 Па×с 300-500 г/л. Принимаем С=300 г/л=0,3 т/м³.

Объем жидкости-песконосителя

V_ж.п=G_п/С=10/0,3=33 м³(2.5)

)       
Объем продавочной жидкости

Чтобы на забое скважины не осталось части песка, объем продавочной жидкости следует принимать на 20-30% больше объема колонны, по которой закачивается песок. Избыточный объем продавочной жидкости должен закачиваться в скважину при сниженном давлении во избежание оттеснения песка и смыкания трещин вблизи стенок скважины.

Объем продавочной жидкости равен объему НКТ. К расчетному объему НКТ прибавляется объем затрубного пространства между башмаком НКТ и верхними дырами фильтра.

Необходимый объем продавочной жидкости

м³,(2.6)

где K - коэффициент, учитывающий превышение объема жидкости над объемом труб, K=1,3;

d_в - внутренний диаметр НКТ (для 73-мм труб d_в=62 мм, согласно ГОСТ 633-80);

Н - глубина спуска труб (трубы допущены на 10 м выше верхних отверстий фильтра), м.

)        Общая продолжительность процесса гидроразрыва

сут=0,7944 ч или 48 мин,(2.7)

где Q-суточный расход рабочей жидкости (рисунок 6), м³/сут.

2.2 Расчет потребного технического обеспечения процесса и обзор современного оборудования

Гидроразрыв пласта осуществляется при использовании целого комплекса наземного и подземного оборудования.

Наземное оборудование целевого назначения включает насосные и пескосмесительные агрегаты для подготовки и закачки рабочих жидкостей, автоцистерны для доставки жидкостей гидроразрыва, специальную обвязку устья скважины с оборудованием. Кроме того, при гидроразрыве используется и другое специальное оборудование - подъемные агрегаты, лебедки и т. д. Это оборудование для гидроразрыва пласта вместе с тем так же успешно используется и в других процессах интенсификации притоков и закачки, при освоении, заканчивании и креплении скважин. Оно включает в себя, как правило, два устройства: пакер, предназначенный для разобщения фильтра-объекта воздействия (пласта) и остальной части эксплуатационной колонны, и якорь, который служит для восприятия высоких давлений и предупреждает подъем подземного оборудования при воздействии на пакер нагрузки, обусловленной разностью давлений под и над пакером. Пакер в сборке или пакер, смонтированный с якорем, спускают в скважину на колонне НКТ.

Комплекс оборудования для гидравлического разрыва пласта позволяет применять различные схемы расположения оборудования у скважины и в зависимости от заданного технологического процесса устанавливать необходимое число насосных установок и вспомогательного оборудования.

Блок манифольда, устанавливаемый у скважины, к которому подключаются агрегаты, позволяет наиболее рационально их расставить, повышает надежность и безопасность проводимой операций, уменьшает численность обслуживающего персонала.

При расчете потребного технического обеспечения процесса будем использовать современное отечественное оборудование для гидроразрыва пласта (рисунок 2.2).

)        Насосные агрегаты АНА-105М, смесители АПС-8М производства ЗАО “ПКБ” Автоматика”, г. Санкт-Петербург

Насосные агрегаты серии АНА-105 (рисунок 2.3) предназначены для закачки в скважину рабочей жидкости (смеси) под давлением и с производительностью, обеспечивающими процесс гидроразрыва пласта, а также для осуществления гидравлического, гидропескоструйного или химического воздействия на призабойную зону скважины на нефтяных и газовых месторождениях.

Состав технологического оборудования:

.        Моторно-трансмиссионное отделение. В моторно-трансмиссионном отделении находятся две силовые установки с газотурбинными двигателями и автоматическая трансмиссия, состоящая из двух планетарных коробок передачи суммирующего редуктора, а также узлы систем обеспечивающих работу плунжерного насоса.

.        Горизонтальный трехплунжерный насос мощностью 2000 л.с.

.        Электрооборудование с системой датчиков, системой автоматического управления и контроля.

.        Автоматическая система противопожарного оборудования.

Рисунок 2.3 - Насосный агрегат АНА-105М

Технические характеристики:

-       Мощность рабочего оборудования, л.с. - 2000;

-       Максимальное развиваемое давление на выходе из агрегата, не менее, МПа -107,0:

-       Максимальная производительность агрегата, не менее, м³/мин - 2,063 (при рабочем давлении на выходе из агрегата, не менее, МПа - 37,5);

-       Управление работой агрегата от выносного пульта управления с расстояния до 50 метров;

-       Масса оборудования (без шасси), не более 19000 кг;

-       Диапазон рабочих температур окружающей среды, от минус 40 до плюс 50.

Реализованный на насосном агрегате уровень автоматизации позволяет обеспечить управление несколькими агрегатами одним оператором с единого поста управления.

Насосные агрегаты выпущены в следующих модификациях:

-       АНА-105 - на трехосном шасси трактора "Кировец" К-703МТУ 6х6,

Рисунок 2.4

-       АНА-105М - на шасси автомобиля МАЗ-6303-041 6х4,

-       АНА-105М-01- на полуприцепе ЧМЗАП 99865-01-0000012,

Рисунок 2.5

-      
АНА-105М-02 - на шасси Mercedes-Benz 3341A 6x6.

Рисунок 2.6

Специальный агрегат приготовления смеси АПС-8М (АПС) (рисунок 2.7), предназначен для эксплуатации в составе мобильных комплексов для гидравлического разрыва пласта. АПС используется для приготовления рабочих жидкостей, смесей и их подачи к насосным агрегатам в процессе осуществлении гидравлического воздействия на призабойную зону скважины на нефтяных месторождениях.

Оборудование АПС монтируется на полноприводном автомобильном шасси Mercedes-Benz 3346A 6х6 с независимым механизмом отбора мощности позволяющим передавать полную мощность двигателя (456 л.с.) для привода гидравлической насосной станции оборудования АПС. Автомобильное шасси, в отличие от зарубежных аналогов, используется в серийном исполнении, без удлинения рамы и изменения компоновки узлов.

Оборудование агрегата приготовления смеси АПС-8М построено по блочно-модульному принципу и включает: платформу с узлами предназначенными под установку оборудования, блок насосной станции, блок насосно-смесительный с системой ввода сухих добавок, установку нагнетательного насоса, кабину оператора, систему ввода жидких химических добавок, трубопроводы, контрольно-измерительный комплекс, электрооборудование.

Исходя из требования высокой надежности в конструкции АПС использовано гидравлическое оборудование ведущих мировых производителей. Все исполнительные механизмы и устройства имеют оригинальное исполнение и построены исключительно на российских комплектующих.

Агрегат приготовления смеси АПС-8М, соответствуя по выходным характеристикам лучшим зарубежным образцам, имеет значительно меньшие габаритные размеры, приспособлен к эксплуатации в диапазоне температур от -40 до +40 ⁰С.

Рисунок 2.7 - АПС-8М

Технические характеристики:

.        Максимальный расход жидкости, обеспечиваемый АПС в процессе гидроразрыва - 8 м³/мин;

.        Давление развиваемое при максимальном расходе - не менее 7,0 кг/см² (0,75 МПа);

.        Расход сыпучего компонента (проппанта) через двухфазный насос-смеситель - 0,1…6,0 т/мин;

.        Максимальная концентрация проппанта в смеси - 1800 кг/м³;

5.      Количество патрубков в коллекторах, шт.:

-       нагнетательном (в том числе для приготовления геля) - 8 (4),

-       входном- 12;

.        Масса агрегата приготовления смеси на автомобильном шасси, не более 22 000 кг.

)        Блок манифольдов ММ-105М производства ОАО “ПНИТИ”, г. Пермь

Машина манифольдов (рисунок 2.8) предназначена для размещения, транспортирования и монтажа оборудования, соединяющего насосные агрегаты с устьем скважины, для воздействия на призабойную зону с целью повышения ее продуктивности.

В состав оборудования машины манифольдов входят элементы манифольдов высокого давления (трубы, угловые шарниры, краны, задвижки, обратные клапаны, тройники, крестовины и др.), коллектор низкого давления, рукава низкого давления, оснащенные БРС. Все оборудование закреплено на отдельных съемных ложементах, демонтируемых с автомшины краном-манипулятором. Узлы блока манифольдов могут стыковаться как с российским, так и с зарубежным оборудованием.

Машина манифольдов выпускается на базе автомобиля повышенной проходимости «Урал» с установленным на заднем свесе краном-манипулятором. После снятие всех конструкций манифольдов автомобиль может эксплуатироваrься как грузовой, например, для перевозки пропанта.

Бункера для проппанта (рисунок 2.9) предназначены для хранения и подачи проппанта при проведении операций гидроразрыва пласта нефтяных скважин. Конструкция бункера обеспечивает загрузку проппанта сверху через горловины и выдачу через шиберную заслонку на конвейер или в приемную воронку АПС.

Рисунок 2.8 - ММ-105М

Бункера эксплуатируются в вертикальном положении. Бункера поставляются в трех исполнениях: емкостью 28, 33 и 40 м³.

Рисунок 2.9 - Бункер для пропанта

Гельные емкости (рисунок 2.10) предназначены для приготовления и выдачи технологических жидкостей (гелей) при проведении гидроразрыва нефтяных пластов. Полезный объем выпускаемых емкостей от 50 до 75 м³.

Рисунок 2.10 - Гельные емкости

)        Станция контроля и управления, производства ООО “БурГеоСервис”, г. Тверь

Станция контроля и управления (рисунок 2.11) предназначена для централизованного дистанционного управления оборудованием комплекса гидроразрыва пласта, сбора и обработки информации получаемой в режиме реального времени от контрольно-измерительных устройств расположенных на оборудовании с последующим документированием процесса в виде таблиц и графиков.

Рисунок 2.11 - Станция контроля

.2.1   Насосные агрегаты для гидроразрыва

Потребное число насосных агрегатов АНА-105М для гидроразрыва пласта с учетом их подачи, равной 5,2 л/с при давлении 16,8 МПа и требуемом расходе 15 л/с, составит:

n=(15/5,2)+1=4 шт.

.2.2  
Бункеры для пропанта

Потребное число бункеров определяется исходя из объема их емкости. Требуется ввести в трещины 10 т песка с плотностью r=1300 кг/м³, это равно V=10000/1300=7,69 м³. Поэтому требуется один бункер ПБ-28.

3. Безопасность жизнедеятельности

.1 Техника безопасности

Процесс гидравлического разрыва пласта проводится в условиях высоких давлений, достигающих 70 МПа. В этой связи имеет важное значение, создание условий безопасного осуществления обработки. Опасность усугубляется еще и тем, что жидкости закачиваются в скважины в смеси с песком, абразивное действие которого способствует износу уплотнений и соединительных узлов, что в результате приводит к пропуску жидкости под большим давлением.

Применяемые часто при гндроразрыве жидкости на нефтяном основе являются горючими жидкостями (нефти, мазуты и др.), что обусловливает пожароопасность процесса. Проведение гидроразрыва связано также с применением мер безопасности при обращении с кислотами и другими химическими веществами. Вместе с тем обеспечение безопасных и здоровых условий труда на производстве возможно только при строгой трудовой и производственной дисциплине всех работающих, точном выполнении ими инструкций по охране труда. Без этого самые совершенные техника и технология не в состоянии создать безопасную обстановку на производстве, поэтому роль самих рабочих весьма велика.

Помимо знания технологии и техники процессов оператор по гидроразрыву должен обладать навыками поведения на рабочем месте, выполнять свои обязанности таким образом, чтобы не допускать возникновения опасных и вредных ситуаций, а также знать, что при этом делать.

Операторы но гидравлическому разрыву пласта при выполнении своих трудовых обязанностей руководствуются инструкцией по технике безопасности предприятия, основанной на типовой инструкции но охране труда для операторов по гидравлическому разрыву пласта, которая определяет нижеследующие основные требования:

.        К работе в качестве оператора по гидравлическому разрыву пласта допускаются лица, прошедшие медицинский осмотр, соответствующее обучение, инструктажи по безопасному ведению работ и проверку знаний.