Лекции по геологии

 

     Рассмотрим 2 случая фонтанирования: 

     1) Р_з < Р_нас 

     В этом случае свободный газ имеется на самом забое скважины. Часть газа поступает в межтрубное пространство и накапливается там. Накопление газа в затрубном пространстве приводит к увеличению давления Р_м и соответствующему понижению уровня жидкости h на такую величину, чтобы Р_з  согласно уравнения (20) оставалось бы const. Этот процесс продолжается до тех пор, пока уровень не опустится до башмака труб. В этом случае можно достаточно точно определить   

                              Р_б = Р_м + (H - h) · ρ_г · g    (21) 

     где - плотность газа.

     Р_з > Р_б и определяется по формуле (18).

     Таким образом, при Р_з < Р_нас уровень жидкости в затрубном пространстве обязательно должен устанавливаться на уровне башмака НКТ после выхода работы скважины на установившейся режим. Это справедливо, если нет утечки газа через затрубное пространство.  

     2) Р_з >  Р_нас 

     В этом случае свободный газ не накапливается  в затрубном пространстве. В самих  трубах газ начинает выделяться на некоторой высоте, где Р = Р_нас. Различным положениям уровня будет соответствовать различные Р_м. Т.к. h меняется, то становится невозможным определение Р_з по величине Р_м.

     Условие фонтанирования

 

     Фонтанирование  возможно в случае, если энергия, приносимая на забой жидкостью, равна или > энергии, необходимой для подъема этой жидкости на поверхность при условии, что подъемник работает на режиме наибольшего к.п.д. Полезная работа при подъеме 1м³ жидкости равна произведению веса жидкости на высоту подъема: 

       [Дж]   (22) 

     Вместе  с нефтью на забой может поступать свободный газ, также при снижении давления происходит выделение газа из нефти. Общее кол-во газа, приходящееся на 1 м³ нефти, называется полным газовым фактором Г₀. Газ, расширяясь, тоже совершает работу. Но эту работу совершает только свободный газ. Поэтому при подсчете работы расширения газа учитывается эффективный газовый фактор Г_эф = Г₀ – Г_раств.

     По  А.П.Крылову работа газа при изометрическом расширении 

        [Дж]       (23) 

     Тогда общее количество энергии 

           (24) 

     Т.к. на устье скважины всегда есть некоторое  противодавление Р_у, то кол-во энергии, уносимое с жидкостью по аналогии: 

             (25)

     Кол-во энергии, поступающей из пласта и  затраченной на подъем жидкости от забоя до устья 

            (26)

     Если  фонтанный подъемник работает на оптимальном режиме, т.е. на режиме наибольшего  к.п.д., то удельный расход газа R, необходимого для подъема 1 м³ жидкости, достигнет min R_опт. В этом случае: 

            (27)

     Следовательно, фонтанирование возможно, если 

     W_п ≥ W_н         (28)  

     Отсюда  Г₀ ≥ R_опт        (29)

     На  основании экспериментальных исследований А.П.Крыловым были получены формулы  для определения удельного расхода  газа R_max при работе газожидкостного подъемника на режиме max подачи Q_max. 

             (30) 

     R_опт = R_max (1 - ε)        (31) 

     где ε – относительное погружение 

               (32) 

     Подставляя (32) и (30) в (31), получим 

          (33)

     Таким образом, газовый фактор, определяющий количество м³ газа при стандартных условиях, находящегося в свободном состоянии пр среднем давлении в подъемнике, и отнесенное к 1 м³ жидкости (обводненной нефти) и будет эффективным газовым фактором Г_эф. Тогда условие фонтанирования запишется: 

     Г_эф ≥ R_опт         (34) 

     или 

 (35) 

     Из  неравенства (35) можно определить min необходимое давление на забое, обеспечивающее фонтанирование скважины. Решение неравенства относительно Р_з можно получить, либо подбором Р_з, либо графоаналитическим путем.

     Если  выделение газа начинается не на забое, а в фонтанных трубах на некоторой  глубине L_нас, то

      

         (36)  

     Решая это неравенство относительно L_нас, получим 

        (37) 

     Определив глубину L_нас можно определить min Р_з 

     Р_з = Р_нас + (H – L) ρ · g       (38) 

     где ρ – плотность насыщенной газом  нефти. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Л Е К Ц И Я  № 7-8

     РАСЧЕТ  ФОНТАННОГО ПОДЪЕМНИКА

 

     Дебиты  фонтанных скважин изменяются в  широких пределах как по количеству жидкости, так и по кол-ву попутного  газа. Для обеспечения фонтанирования все скважины оборудуются фонтанными трубами НКТ, которые спускаются в скважину обычно до забоя. С помощью фонтанных труб (НКТ) скважины осваиваются, проводятся различные промывки, воздействие на забой и т.д.

     Ø НКТ – 48, 60, 73, 89 и 102 мм наиболее употребительные (до 85%) – Ø 73 мм.

     Всякий подъемник работает при относительном погружении 

       

     Обычно  эти пределы лежат 0,3 – 0,65.

     0,3 < ε < 0,65 – к.п.д. подъемника наивысший.

     По  А.П.Крылову 

       (м³/с)      (39) 

     q_опт = q_max (1- ε) 

             м³/с)    (40) 

     Если  Р_б > Р_нас, то в ф. (39) и (40) вместо Р_б - Р_нас, L – L_нас. 

     Эти формулы можно решить относительно d: 

       (м)      (41) 

       (м)    (42) 

     По  этим формулам определяется d фонтанных труб, необходимый для обеспечения max и опт подачи.

     Расчет  фонтанного подъемника сводится к определению  для проектируемой скважины max и опт подач. Планируемый дебит скважины должен лежать в пределах между q_max и q_опт. Это гарантирует высокий к.п.д. и устойчивую его работу. С течением времени условия фонтанирования ухудшаются: расчет обводненность, падает Р_пл, Г_эф уменьшается. Поэтому планируя фонтанную эксплуатацию, рекомендуют рассчитывать фонтанные подъемники по max подаче – для начальных условий и по опт – для условий конца фонтанирования.

     При установившейся работе системы пласт-скважина Р_з может быть найдено из условия равенства притока и подачи фонтанного подъемника. 

     q_n = K (Р_n - Р_з)ⁿ        (43) 

     если  трубы спущены до забоя, то Р_б - Р_з, если они подняты выше (L<H), то  

     Р_з = Р_б + (H -L) · g · ρ       (44) 

     с учетом (44) ф-ла (43) имеет вид 

     q_n = K [Р_n - Р_б - (H -L) · g · ρ]ⁿ      (45) 

     приравнивая правые части формулы притока (45) и ф-лы пропускной способности подъемника (39) получим: 

     K [Р_n - Р_б - (H -L) · g · ρ]ⁿ  =     (46) 

     Решение равенства (46) получается либо путем  подбора Р_б, либо графоаналитическим путем. Затем определяется соответствующий дебит скважины путем подстановки Р_б в (45) или в (39).

     Найденный таким образом, дебит, отвечающий совместной работе пласта и фонтанного подъемника, соответствует работе подъемника при режиме max подачи. Для определения q_опт приравниваем правые части ф. (45) и (40). 

     K [Р_n - Р_б - (H -L) · g · ρ]ⁿ  =   (47) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Л Е К Ц И Я  № 9-10

 

     РАСЧЕТ  ПРОЦЕССА ФОНТАНИРОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ КРИВЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ 

     Зная  дебит, газовый фактор, плотность  нефти, воды и обводненность продукции, а также другие данные строим КРД  р(х), начиная от точки с известным  давлением Р_з. 

 

     П рис.3 длина участка НКТ от забоя  до точки с Р_нас, на котором будет двигаться однородная жидкость обозначена h, тогда 

     Р_з = Р_г + Р_тр + Р_нас        (48) 

     где Р_г = ρ_ж · g · h 

       

     подставляя  значения Р_г и Р_тр и решая относительно h: 

             (49)

     слагаемое очень мало и им можно пренебречь.

     На  остальной длине НКТ, равной L - h, т.е. от точки Р_нас и выше, будет происходить движение ГЖС, поэтому давление на устье будет:

     

     Если  башмак НКТ выше забоя на величину а = H –L, то на этом участке при расчете КРД вместо диаметра труб берется диаметр обсадной колонны.

     Рассчитав КРД т определив значение Р_у при заданном режиме работы скважины, сопоставим вычисленную величину Р_у с возможным давлением в выкидной линии Р_л, по которому продукция скважины поступает в систему сбора промысла. Если Р_у > Р_л, то работа скважины на рассчитанном режиме возможна, а избыточное давление на устье Р_у - Р_л = ΔР_шт должно быть понижено созданием дополнительного гидравлического сопротивления в виде регулируемого штуцера, в котором поток ГЖС дросселируется с Р_у до Р_л.