Практическое занятие №5

Фонтанная эксплуатация скважин

Цель работы:Определение изменения давления по глубине скважин при различныхспособах эксплуатации

Краткие сведения из теории:Артезианские скважины. Такие скважины фонтанируют, когда пластовоедавление больше гидростатического давления столба жидкости в скважине, т. е.Р пл > ρ ж gHгде ρ ж – плотность жидкости.При установившемся режиме эксплуатации скважины забойное давлениеР з . Определяют его по уравнению притока в зависимости от дебита скважиныQ. При линейной фильтрации р з = р пл — (Q/К), где К – коэффициентпродуктивности скважины. Забойное давление компенсирует гидростатическиедавление столба жидкости, потери на трение при ее движении и давление наустье, необходимое для транспорта продукции, т. е.Рис. 7. Зависимость давления отглубины скважины Н при дебитахQ 2 >Q 1Рис. 8. Кривые изменения давления сглубинной в фонтанной скважине придебите Q 2 >Q 1у тр ж зр р gH ρ р + + = (42)Потери давления на трение при движении жидкости по трубамрассчитывают по уравнению Дарси-Вейсбаха5 2ж2трd H/π ρ Q 8λ р × =где λ— коэффициент гидравлического сопротивления;d — внутренний диаметр труб.Так как эти потери пропорциональны длине трубы при турбулентном иламинарном режимах течения, уравнение (42) — линейная функция давленияотносительно глубины скважины Н (рис. 7).Фонтанные нефтяные скважины. Фонтанирование таких скважин можетпроисходить и при пластовом давлении, меньшем, чем гидростатическоедавление столба жидкости в скважине. Это обусловлено большим количествомрастворенного в нефти газа. Со снижением давления во время подъема продукции скважины в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ)выделяется растворенный газ и образуется газожидкостная смесь плотностью( ) ж см смρ ρ ρ < .Условие фонтанирования нефтяной скважины:H g ρ р см пл× × > (43)Уравнение баланса давления имеет виду тр см трр р H g ρ р + + × × = (44)где ρ см — средняя плотность смеси вдоль колонны НКТ.На рис. 8. показаны кривые изменения давления с глубиной в фонтанныхскважинах. На участке от забоя до точки, где давление равно давлениюнасыщения р н , движется однородная жидкость, поэтому давление изменяетсяпо линейному закону. При снижении давления ниже р н из раствора начинаетвыделяться газ и образуется газожидкостная смесь. Чем меньше давление (приприближении к устью скважины), тем больше выделится газа, а уже ранеевыделившийся — расширится, т. е. меньше будут плотность смеси и градиентдавления. В этом случае давление вдоль лифта при движении газожидкостнойсмеси изменяется по нелинейному закону. Если забойное давление меньшедавления насыщения, то нелинейность указанной зависимости р= f(H) будетнаблюдаться по всей глубине скважины. За счет изменения потерь на трёниезакономерность изменения давления будет более сложной, чем на рис. 8.Итак, количество свободного газа в смеси вдоль ствола скважиныувеличивается по мере приближения к устью, соответственно меняется плотность смеси. Поэтому в формулах (42) и (43) принята средняя плотностьсмеси ρ см , соответствующая среднему объему выделевшегося газаприходящегося на единицу массы или объема жидкости.Механизированные скважины. При разработке месторождения энергия забое уменьшается вследствие падения пластового давления или обводненияскважины. Тогда для поддержания дебита скважины постоянным необходимоснижать забойное давление. Рассмотрим кривые р=f(H) на рис. 8. 

В процессе обводнения скважины увеличивается плотность жидкости и,что более существенно уменьшается количество поступающего в скважинугаза. Если р з >р Н , практически весь газ выделяется из нефти, в воде же егосодержание пренебрежимо мало. В результате с ростом обводненностиуменьшается количество газа в смеси и увеличивается ее плотность. Градиентдавления возрастает, и при одном и том же забойном давлении это приводит кнеобходимости уменьшения устьевого давления.Наступает момент, когда равенство (44) не может быть выполнено и тогданеобходим подвод дополнительной энергии (энергии сжатого газа илимеханической энергии насоса).На рис. 9. и 10. показаны кривые изменения давления в газлифтной инасосной скважинах. При газлифтном способе эксплуатации для уменьшенияплотности газожидкостной смеси на глубине L в продукцию нагнетаютдополнительное количество свободного газа, В результате под воздействиемзабойного р з , давления обеспечивается подъем более легкой смеси и содаютсяусловия, необходимые для транспорта продукции.При насосном способе эксплуатации на глубину L, спускают насос,давление на выкиде которого р в достаточно для подъема продукции скважины.Задача 1Определить изменения давления по глубине скважин при различныхспособах эксплуатации, Р з , Р тр . Kоэффициент гидравлического сопротивления-1.12; внутренний диаметр труб 50мм; Q=10 м3/сут; H=20 м; плотность нефти –0.86 г/см3, Р у =130 ат.