Нефтяные и газовые скважины

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Исследование скважин  при неустановившихся режимах

 

Вводя знак минус в скобки и учитывая, что Ln (e) = 1, можем записать

 

На формуле основана методика исследования скважины при неустановившихся режимах.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Исследование скважин  при неустановившихся режимах

 

  Перепишем ее так, чтобы время t было выделено, а именно

 

  Обозначим:

 

  Тогда получим уравнение прямой

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Исследование скважин  при неустановившихся режимах

 

Записанная манометром (а) и перестроенная в полулогарифмические  координаты (б) кривая восстановления давления в остановленной скважине

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Основы теории подъема  жидкости из скважин

 

  Подъем жидкости из скважин нефтяных месторождений практически всегда сопровождается выделением газа. Для понимания процессов подъема жидкости из скважин, умения проектировать установки для подъема и выбирать необходимое оборудование, надо знать законы движения газожидкостных смесей (ГЖС) в трубах.

 При всех известных способах добычи нефти приходится иметь дело с движением газожидкостных смесей либо на всем пути от забоя до устья, либо на большей части этого пути. Эти законы сложнее законов движения однородных жидкостей в трубах и изучены хуже. Если при движении однофазного потока приходится иметь дело с одним опытным коэффициентом К (коэффициент трения), то при движении двухфазного потока  - газожидкостных смесей приходится прибегать по меньшей мере к двум опытным характеристикам потока, которые в свою очередь зависят от многих других параметров процесса и условий движения, многообразие которых чрезвычайно велико

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Физика процесса движения ГЖС в вертикальной трубе

 

Зависимость подачи жидкости от расхода газа.

 Качественную характеристику процесса движения газожидкостной смеси (ГЖС) в вертикальной трубе можно уяснить из простого опыта. Представим, что трубка 1 длиною L погружена под уровень жидкости неограниченного водоема на глубину h. К нижнему открытому концу трубки, который по аналогии с промысловой терминологией будем называть башмаком, подведена другая трубка 2 для подачи с поверхности сжатого газа. На трубке имеется регулятор расхода 3, с помощью которого можно установить желаемый расход газа.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Физика процесса движения ГЖС в вертикальной трубе

 

Давление у башмака  подъемной трубки 1 будет равно  гидростатическому на глубине h -  P_¹ = gh и, очевидно, не будет изменяться от того, много или мало газа подается к башмаку. По трубке 2 подается газ, и в трубке 1 создается газожидкостная  смесь средней плотности с, которая поднимается на некоторую высоту H. Поскольку внутренняя полость трубки 1 и наружная область являются сообщающимися сосудами, имеющими на уровне башмака одинаковые давления, то можно написать равенство.

 

откуда

 

Плотность смеси в трубке с зависит от расхода газа V. Чем больше V, тем меньше с. Изменяя V, можно регулировать Н. При некотором расходе V = V_¹ величина Н может достигнуть L. При V<V_¹  H<L. При V>V_¹   H>L и наступит перелив жидкости через верхний конец трубки 1. При дальнейшем увеличении V расход поступающей на поверхность жидкости q увеличится.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Физика процесса движения ГЖС в вертикальной трубе

 

  Однако при непрерывном увеличении V расход жидкости не будет увеличиваться непрерывно, так как под воздействием неизменяющегося перепада давления Р  = Р_¹ - Р_²  (Р_¹ = const, так как h = const), труба определенной длины L и диаметра d должна пропускать конечное количество жидкости, газа или газожидкостной смеси. Таким образом, при некотором расходе газа V=V_² дебит достигнет максимума q = q max.

 Можно представить крайний случай, когда к башмаку подъемной трубы подводится так много газа, что при постоянном перепаде давления Р  = Р_¹ - Р будет идти только газ, Р будет расходоваться на преодоление всех сопротивлений, вызванных движением по трубе чистого газа. Расход этого газа пусть будет V=V_³. Если к башмаку подать еще больший расход (V>V_³), то излишек газа не сможет пройти через подъемную трубу, так как ее пропускная способность при данных условиях (L, d, P) равна только V_³, и устремится мимо трубы, оттесняя от башмака жидкость. Очевидно, при этом расход жидкости будет равен нулю (q = 0). Таким образом, из этого опыта можно сделать следующий вывод.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Физика процесса движения ГЖС в вертикальной трубе

 

1.  При V<V_¹ q = 0 (H < L).

2.  При V = V_¹ q = 0 (H = L) (начало подачи).

3.  V_¹ < V < V_² 0 < q < qmax (H > L),

4.  При V = V_² q = qmax (точка максимальной подачи).

5.  При V_² < V < V _³ qmax > q > 0.

6.  При V = V_³ q = 0 (точка срыва подачи).

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Физика процесса движения ГЖС в вертикальной трубе

 

Зависимость положения кривых q (V) от погружения

 Для всех точек кривой постоянным является давление P_¹, так как погружение h в процессе опыта не изменялось. Существует понятие - относительное погружение  = h / L. Для данной кривой ее параметром будет величина относительного погружения ε.

 При любых , лежащих в пределах 0 <  < 1, вид q{V) будет одинаковый. При увеличении  новые кривые  q{V) обогнут прежнюю, так как с ростом h потребуется меньший расход газа для наступления перелива. Точка срыва подачи на соответствующих кривых сместится вправо.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Физика процесса движения ГЖС в вертикальной трубе

 

 Зависимость положения кривых q(V) от диаметра трубы

 Аналогичное семейство кривых q(V) должно существовать для подъемников любого диаметра и любой длины. Увеличение диаметра потребует большого расхода газа, так как объем жидкости, который необходимо разгазировать для достижения данной величины _^с, при прочих равных условиях ( h = const, L = const) возрастает пропорционально d². Пропускная способность трубы по жидкости, газу или газожидкостной смеси (ГЖС) также возрастет. 

 

 Для увеличенного диаметра будет существовать также семейство кривых q(V), все точки которого будут смещены вправо, в сторону увеличенных объемов, кроме одной точки, совпадающей с началом координат для кривой q(V) при  = 1.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Физика процесса движения ГЖС в вертикальной трубе

 

 К. п. д. процесса движения ГЖС

На каждой кривой q(V) имеется  еще одна характерная и очень  важная точка, точка так называемой оптимальной производительности, соответствующая  наибольшему к. п. д. Если проанализировать произвольную кривую q(V), для которой  = const, то для нее будут справедливы следующие рассуждения.

Из определения понятия  к. п. д. следует, что

 

    Полезная работа заключается в поднятии жидкости с расходом q на высоту L - h, так что

 

    Затраченная работа - это работа газа, расход которого, приведенный к стандартным условиям, равен V. Полагая , что процесс расширения газа изотермический, на основании законов термодинамики идеальных газов можем записать

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Физика процесса движения ГЖС в вертикальной трубе

 

Подставляя выражения  для Wп и Wз, получим

 

    В формуле все величины, кроме q и V, постоянны, так как рассматривается одна кривая q{V), для которой ε = const. Следовательно, для данной кривой

 

    где С - константа. Поэтому к. п. д. будет иметь максимальное значение в той точке, в которой отношение q/V максимально. Но q/V = tg, так как q - ордината, V - абсцисса,  - угол наклона прямой, проведенной из начала координат через данную точку (q, V). Только для касательной tg будет иметь максимальное значение, так как только для нее угол  максимален. Поэтому в точке касания прямой, проведенной из начала координат с кривой q{V), получаются такой дебит q и такой расход газа V, при которых к. п. д. процесса будет наибольшим. Расход q при максимальном к. п. д. называют оптимальным дебитом qoпт.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Физика процесса движения ГЖС в вертикальной трубе

 

Понятие об удельном расходе  газа

Удельным расходом газа называют отношение

 

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Физика процесса движения ГЖС в вертикальной трубе

 

Зависимость оптимальной  и максимальной подач

от относительного погружения

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Физика процесса движения ГЖС в вертикальной трубе

 

Структура потока ГЖС в  вертикальной трубе

 

1. Эмульсионная;

2. Четочная

3. Стержневая

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Плотность газожидкостной смеси

 

Через данное сечение трубы  при движении по ней ГЖС проходит некоторое количество газа и жидкости. Можно представить, что все газовые  пузырьки занимают в сечении трубы  суммарную площадь fг, а жидкость - остающуюся площадь в том же сечении - fж

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Плотность газожидкостной смеси

 

Расходное газосодержание

 

Истинное газосодержание

 

Плотность реальной смеси

 

Pиc. 7.9. Изменение плотности  ГЖС в результате скольжения  газа

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Плотность газожидкостной смеси

 

Рис. 7. 10. Зависимость φ  от β при отсутствии скольжения газа

(β = φ, линия 1) и  при скольжении ( φ < β,  линия 2)

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

  Фонтанирование скважин происходит на вновь открытых месторождениях нефти, когда запас пластовой энергии велик, т. е. давление на забоях скважин достаточно большое, чтобы преодолеть гидростатическое давление столба жидкости в скважине, противодавление на устье и давление, расходуемое на преодоление трения, связанное с движением этой жидкости.

   Общим обязательным условием для работы любой фонтанирующей скважины будет следующее основное равенство:

 

где Р_^с - давление на забое скважины; Р_^г, Р_^тр, Р_^у - гидростатическое давление столба жидкости в скважине, рассчитанное по вертикали, потери давления на трение в НКТ и противодавление на устье, соответственно.

   Различают два вида фонтанирования скважин:

• фонтанирование жидкости, не содержащей пузырьков газа, - артезианское   фонтанирование;
• фонтанирование жидкости, содержащей пузырьки газа, облегчающего фонтанирование, -  наиболее распространенный способ фонтанирования.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

  Артезианское фонтанирование

  Теоретическое описание процесса артезианского фонтанирования практически не отличается от расчета движения однородной жидкости по трубе. Давление на забое скважины Р_^с при фонтанировании определяется уравнением, в котором гидростатическое давление столба жидкости благодаря постоянству плотности жидкости определяются простым соотношением

 

где ρ - средняя плотность жидкости в скважине; Н - расстояние по вертикали между забоем (обычно серединой интервала перфорации) и устьем скважины.