Нефтяные и газовые скважины

Для наклонных скважин

 

При движении жидкости по НКТ  она охлаждается и ее плотность  немного изменяется. Поэтому необходимо в расчетах принимать среднюю  плотность

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Потери давления на трение P_^тр определяются по обычным формулам трубной гидравлики, а именно

 

Скорость жидкости в НКТ С_^ж определяется обычно через объемный коэффициент жидкости и ее плотность для средних термодинамических условий в НКТ:

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Коэффициент сопротивления λ зависит от режима течения. Установлено, что при Re < 1200 течение ламинарное, при Re > 2500 - турбулентное и при 1200 < Rе < 2500 - так называемая переходная зона. При ламинарном движении

 

При турбулентном движении:

 

Для переходной зоны имеется  много различных аппроксимирующих формул. Достаточно надежные результаты для λ получаются по формуле

 

Как известно, приток жидкости из пласта в скважину может быть определен общим уравнением притока

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

При совместной работе пласта и фонтанного подъемника на забое  скважины устанавливается общее  забойное давление, определяющее такой  приток жидкости, который фонтанные  трубы будут в состоянии пропустить при данной глубине скважины, противодавлении  на устье, диаметре труб и т. д. Для  определения этого притока имеем  соотношение

 

Рис. 8.1. Совместное решение уравнения  работы подъемника A(Q)

и уравнения притока жидкости из пласта в скважину B(Q)

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Фонтанирование за счет энергии  газа

 Это наиболее распространенный способ фонтанирования нефтяных скважин. При артезианском фонтанировании в фонтанных трубах движется негазированная жидкость (нефть), поэтому, чтобы преодолеть гидростатическое давление столба такой жидкости, забойное давление должно быть достаточно высоким.

  При фонтанировании за счет энергии газа плотность столба ГЖС в фонтанных трубах мала, поэтому гидростатическое давление столба такой смеси будет меньше. Следовательно, и для фонтанирования скважины потребуется меньшее забойное давление. При движении жидкости по НКТ от забоя к устью давление уменьшается, и на некоторой высоте оно становится равным давлению насыщения Р_^нас, а выше - ниже давления насыщения., диаметре труб и т. д. Для определения этого притока имеем соотношение

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Рис. 8.2. Схема скважин при фонтанировании

а - при давлении на забое меньше давления насыщения (Р^с < Р^нас);

б - при давлении на забое больше давления насыщения (Р^с > Р^нас)

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Условие фонтанирования

 

Следуя рассуждениям А. П. Крылова, будем считать, что с каждым 1 м³ нефти на забой поступает Го кубических метров газа, приведенных к нормальным условиям. Растворимостью газа в первом приближении пренебрегаем. Возможная работа этого газа при изотермическом его расширении будет равна

 

Общее количество энергии, поступающей  на забой с каждым кубическим метром нефти будет равно

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

На устье скважины всегда есть некоторое противодавление  Р^у, то поток ГЖС, покидая устье, уносит с собой некоторое количество энергии. Количество уносимой энергии можно определить так:

 

Количество энергии, поступающей  из пласта и затраченной в самой  скважине в процессе подъема жидкости от забоя до устья, W^п будет равно разности W¹ - W², т. е.

 

Количество энергии, минимально необходимое для  фонтанирования, по аналогии, будет равно

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Откуда следует:

 

т. е. если из пласта поступает  газа больше или столько, сколько  нужно для подъема 1 м³ жидкости на режиме наивысшего к. и. д., то фонтанирование возможно.

 На основании экспериментальных исследований и теоретической обработки результатов А. П. Крыловым получены формулы для определения удельного расхода газа R_^max при работе газожидкостного подъемника на режиме максимальной подачи Q_^max. Эта формула имеет вид

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

С учетом растворимости газа условие фонтанирования теперь запишется  так:

 

или в развернутом виде

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Рис. 8.3. Графоаналитическое решение  уравнения при определении минимального

 давления фонтанирования при разных обводненностях продукции скважин

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Глубина начала выделения  газа в фонтанных трубах L^нас может быть определена из соотношения, которое перепишем следующим образом

 

Определив глубину L^нас, на которой должно (по расчету) существовать давление Р_^нас, можно определить минимальное давление фонтанирования на забое скважины Р_^с, прибавив к давлению Р^нас гидростатическое давление столба жидкости от глубины L^нас до забоя Н,

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

 Работа вблизи точки q_^опт характеризуется некоторой неустойчивостью, проявляющейся в пульсации работы фонтанного подъемника. Это объясняется тем, что небольшим случайным изменениям расхода газа соответствуют значительные изменения дебита (dq / dV > 0).

 Это послужило основанием А. П. Крылову рекомендовать для практического использования простые формулы для определения подачи газожидкостного подъемника для этих основных двух режимов работы:

 

Формулы можно решить относительно диаметра d

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Рис. 8.4. Графоаналитическое определение  условий совместной работы пласта и  газожидкостного подъемника: 1 - зависимость  подачи подъемника от давления у башмака  Рб на режиме максимальной производительности; 2 - зависимость притока от давления Рб; 3 - зависимость подачи подъемника от Рб на режиме оптимальной производительности

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Рис. 8.5. Построение кривой распределения  давления в фонтанных трубах по методу “снизу вверх” и определение давления на устье

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Рис. 8.6. Кривые распределения  давления в фонтанном подъемнике при нескольких (четырех) режимах работы

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Рис. 8.7. Согласование индикаторной линии (1) с зависимостью устьевого  давления Ру от давления на забое скважины Рс (2).

Точки а - b  разделяют возможные  и невозможные режимы фонтанирования

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Рис. 8.8. Конструкция простейшей колонной головки для одной обсадной колонны

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Рис. 8.9. Фонтанная крестовая  арматура (4АФК-50-700) высокого давления (70 МПа) для однорядного подъемника: 1 - вентиль, 2 - задвижка, 3 - крестовина, 4 - катушка для подвески НКТ, 5 - штуцер, 6 - крестовины ёлки, 7 - буфер, 8 - патрубок для подвески НКТ, 9 - катушка

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Рис. 8.10. Фонтанная тройниковая  арматура кранового типа для подвески двух рядов НКТ (2АФТ-60 x 40 х КрЛ-125):  1 - тройник; 2 - патрубок для подвески второго ряда НКТ; 3 - патрубок для  подвески первого ряда НКТ

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Рис. 8.11. Штуцер быстросменный  для фонтанной арматуры высокого давления (ЩБА-50-700):

1 - корпус, 2 - тарельчатая  пружина, 3 - боковое седло,  4 - обойма, 5 - крышка, 6  - нажимная гайка, 7 - прокладка,  8 - гайка боковая. 9 - штуцерная   металлокерамическая втулка

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Рис. 8.12. Схема обвязки  крестовой фонтанной арматуры

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

Регулирование работы фонтанных  скважин

 

Регулировочные кривые служат одним из оснований для установления технологической нормы добычи из данной скважины и режима ее постоянной работы:

• недопущение забойного давления Рс ниже давления насыщения Рнас или некоторой его доли Рс > 0,75·Рнас;
• установление режима, соответствующего минимальному газовому фактору или его значению, не превышающему определенную величину;
• установление режима, соответствующего недопущению резкого увеличения количества выносимого песка для предотвращения образования каверны в пласте за фильтром скважины;
• установление режима, соответствующего недопущению резкого увеличения процентного содержания воды в продукции скважины;
• недопущение на забое скважины такого давления, при котором может произойти смятие обсадной колонны;

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

•   недопущение режима, при котором давление на буфере или в межтрубном пространстве достигнет опасных значений с точки зрения прочности и надежности работы арматуры и поверхностного оборудования вообще;
• недопущение режима, при котором давление на буфере скважины может стать ниже давления в выкидном манифольде системы нефтегазосбора;
• недопущение такого режима работы скважины, при котором могут возникать пульсации, приводящие к срыву непрерывного процесса фонтанирования;
• установление такого режима, при котором активным процессом дренирования охватывается наибольшая толщина пласта или наибольшее число продуктивных пропластков. Это устанавливается с помощью снятия профилей притока глубинными дебитомерами на разных режимах работы скважины.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

 Рис. 8.13. Регулировочные кривые фонтанной скважины:    d - диаметр штуцера;

1 - Рc - забойное давление,  МПа; 2 - Гo - газовый фактор,  м³/м³ ; 3 - Q - дебит скважины, м³/сут; 4 - ΔР - депрессия, Мпа; 5 - П - содержание песка в жидкости, кг/м³ ; 6 - n - содержание воды в продукции скважины, %н

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Фонтанная эксплуатация скважин

 

 Осложнения в работе фонтанных скважин и их предупреждение

 

•  открытое нерегулируемое фонтанирование в результате нарушений герметичности устьевой арматуры;
• образование асфальтосмолистых и парафиновых отложений на внутренних стенках НКТ и в выкидных линиях;
• пульсация при фонтанировании, могущая привести к преждевременной остановке скважины;
• образование песчаных пробок на забое и в самих НКТ при эксплуатации неустойчивых пластов, склонных к пескопроявлению;
• отложения солей на забое скважины и внутри НКТ.