Лекции по геологии

 

     Температурный градиент земли для различных  геологических районах отличается и в среднем Г ≈ 0,03 ⁰С/м. Естественное распределение температуры в неработающей скважине – это естественная геотерма. Термограмма – распределение температуры в работающей скважине имеет отклонения от геотермы, которые связаны с термодинамическими и гидродинамическими процессами, происходящими в продуктивном пласте.

     В настоящее время имеются скважинные термометры – дебитомеры. Основанные на принципе охлаждения нагретой электротоком спирали, омываемой потоком жидкости. Чем больше расход жидкости, тем  интенсивнее понижается температура  спирали. Таким образом можно экспериментально установить зависимость между температурой спирали и расходом жидкости. С помощью термодебитомера снимаются 2 термограммы: первая – обычная, когда нагретая спираль подвергается воздействию потока жидкости; вторая – геотерма в остановленной скважине.

     По  разности показаний этих 2-х термограмм с помощью калибровочных кривых определяется изменение расхода  жидкости вдоль исследуемого интервала.

     Но  это еще не все возможности  термометрических исследований. Изучение изменения температуры на забое  скважины при изменении ее режима работы позволяет проводить термозондирование пласта для определения его параметров. Эти исследования также можно применять и для изучения газовых скважин.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Л Е К Ц И Я  № 3

     ОСНОВЫ  ТЕОРИИ ДВИЖЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СМЕСЕЙ

     В СКВАЖИНЕ

 

     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. Поэтому для  умения проектировать установки  для подъема и выбирать необходимое оборудование скважин, необходимо знать законы движения газожидкостных смесей (ГСЖ) в трубах. Эти законы сложнее законов движения однородных жидкостей в трубах и изучены хуже.

     Для наглядности процесса движения ГЖС  в вертикальной трубе проделаем следующий опыт (см. рис.1) 

 

     ρgh =  ρ_c · g · H, или  H = h ·

 

     Плотность смеси в трубке ρ_c зависит от расхода газа V, причем, чем больше V, тем меньше ρ_c. Значит, меняя V, можно регулировать Н. При некотором расходе V = V₁ величина Н = L, отсюда при V < V₁   Н < L, а при V > V₁    Н > L и наступает перелив жидкости через верхний край трубки 1. При дальнейшем увеличении V количество жидкости, поступающей на поверхность, q увеличится. Но при непрерывном увеличении V, ΔP = P₁ – P₂ = const, т.к. h = const, то при некотором расходе газа V₂ дебит достигнет максимума q = q_max. Однако если увеличивать расход газа, то он достигнет определенной величины V = V_3, когда пропускная способность трубки 1 при заданных L,d, ΔP будет равна V_3. Очевидно, что при этом дебит жидкости будет равен нулю q = 0 (см. рис.2). 
 
 

       
 
 
 

       
 
 
 

       
 
 
 
 

     Анализируя  график рис. 2 можно сделать следующие выводы:

     1) при  V < V₁             q = 0   (Н < L)

     2) при  V = V₁             q = 0   (Н = L)

     3) при V₁ < V < V₂     0 < q < q_max  (Н > L)

     4) при V = V₂              q = q_max  - точка max подачи

     5) при V₂ < V < V₃     q_max  > q > 0

     6) при V = V₃              q =0 – точка срыва подачи. 

     Для всех точек кривой постоянным является давление Р, т.к. погружение h в процессе опыта не меняется. На практике существует понятие – относительное погружение . Очевидно, что ε будет меняться от 0 до 1, вид кривых q(V) будет одинаковый (см. раис3). 

     

       

     

     

     

     

     

     

     

       

       
 
 
 
 
 
 

     По  рис.3 видно, что при увеличении ε новые кривые обогнут прежнюю, т.к. с ростом h потребуется меньший расход  газа для наступления перелива. При уменьшении ε кривые q(V) расположатся внутри предыдущих и при ε  = 0 кривая превратится в точку. В случае ε  = 1 (h=L; 100% погружение) при очень малом расходе газа начинается  перелив, поэтому точка начала подачи сместится в начало координат.

     Теперь  рассмотрим, как изменяется кривые q(V) при изменении диаметра подъемника d. Новое семейство кривых для трубы диаметром d₂ > d₁ показано на рис.4. 

     

     Рис.4. Кривые q (V) для различных диаметров подъемника при d₂ > d₁ 
 

     По  рис.4 видно, что с увеличением  диаметра требуется большего расхода газа, т.к. увеличивается объем жидкости пропорционально d². Пропускная способность трубы с d₂ увеличится, а семейство кривых q(V) будут смещены вправо в сторону увеличения объемов, кроме точки при ε  = 1, совпадающей с началом координат. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Л Е К Ц И Я  № 4

     К.П.Д. ПОДЪЕМНИКА  ГЖС

 

     При работе газожидкостного подъемника очень важно определить точку, так  называемой оптимальной производительности, соответствующий наибольшему к.п.д. подъемника определенного диаметра и при заданном ε.

     Из  определения понятия к.п.д. η следует: 

      ,   

     где W_п – полезная работа

            W_з – затраченная работа 

     Полезная  работа заключается в поднятии жидкости с расходом q на высоту (L - h), т.е.

W_п = q · ρ · g · (L - h) 

     Затраченная работа – это работа газа, расход которого приведен к стандартным условиям, равен V. Будем считать процесс расширения газа изотермическим, тогда на основании законов термодинамики идеальных газов будем иметь: 

 

     где Р₁ + Р₀ – абсолютное давление у башмака;

           Р₂ + Р₀ – абсолютное давление на устье;

           Р₀ – атмосферное давление

     Подставим W_п и W_з в формулу для η , тогда получим: 

     В последней формуле все величины, кроме q и V, постоянны, так как рассматривается одна кривая q(V) при ε = const. Тогда перепишем формулу:

      ,  где С - константа

     Таким образом, к.п.д. будет иметь максимальное значение в точке, в которой максимально  отношение q/ V. Но q/ V = tg φ, т.к. q – ордината, V – абсцисса,  φ – угол наклона прямой, проведенной из начала координат через данную точку (q, V). Только для касательной tg φ будет иметь max значение, т.к. только для нее угол φ будет max. Поэтому в точке касания прямой, проведенной из начала координат к кривой q(V), получаются такой дебит q и такой расход газа V, при которых к.п.д. процесса будет наибольшим. Дебит при максимальном к.п.д. называют оптимальным дебитом q_опт. (см.рис.5) 

     

       

                                                       

               

               

                

       
 
 

       
 
 

     Рис.5 Определение оптимального дебита подъемника при max η

     Понятие об удельном расходе  газа

 

     Удельным  расходом газа называют отношение  , т.е. необходимое количество газа для подъема 1 объема жидкости. Из определения следует, что для точек начала и срыва подачи, когда q = 0, а V > 0, удельный расход R обращается в бесконечность (см. рис 6.). 

 

     По  рис.6 очевидно, что для режима оптимальной  подачи, когда к.п.д. максимально, расход газа R – минимальный, т.е. при к.п.д. – max должно расходоваться min количество газа на подъем единицы объема жидкости. При режиме max подачи q, к.п.д. уменьшается и соответственно увеличивается R. Величина R может быть получена для любой точки кривой q(V) путем деления абсциссы на ординату этой точки.

     Зависимость подачи от относительного погружения 

     Определим зависимость q_max и q_опт от изменения относительного погружения ε (см. рис.7).