8.1. Артезианское фонтанирование

Давление на забое скважины Р_с при фонтанировании определяется уравнением (8.1), в котором гидростатическое давление столба жидкости благодаря постоянству плотности жидкости определяются простым соотношением

Противодавление на устье скважины P_у определяется размером штуцера для регулирования ее дебита. Потери давления на трение P_тр определяются по обычным формулам трубной гидравлики, а именно .

Достаточно надежные результаты для λ получаются по формуле

Далее

, или , или(8.15).

Левая часть равенства зависит от Q, так как Р_тр и Р_у зависят от расхода. С увеличением расхода трение и противодавление возрастают, тогда как Р_г не зависит от Q. Тогда

. Из этого равенства надо найти Q, которое обращало бы (8.15) в тождество. Для этого, задаваясь различными значениями Q, вычисляем левую и правую часть равенства и стрим два графика А(Q) и В(Q). С увеличением Q величина А должна возрастать, а величина В уменьшаться.

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

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

Точка пересечения линий А(Q) и В(Q) определит условие совместной работы пласта и фонтанного подъемника, т. е. даст дебит скважины Q_c и соответствующее этому дебиту забойное давление Р_с.

8. 2. Фонтанирование за счет энергии газа

Это наиболее распространенный способ фонтанирования нефтяных скважин и для него 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. В зоне, где Р < Р_нас, из нефти выделяется газ, причем этого газа становится тем больше, (а его плотность соответственно снижается) чем меньше давление. Если (Р_с < Р_нас) на забое то вместе с нефтью поступает свободный газ, к которому, по мере подъема нефти по НКТ, добавляются дополнительные порции свободного газа, выделяющегося из нефти при снижении давления. Таким образом, фонтанирование скважины может происходить при давлении на забое Р_с выше или ниже давления насыщения Р_нас.

, где Р_б - давление у башмака НКТ ( ρсхL) при фонтанировании скважины с постоянным дебитом, Р = (Н - L)·ρ·g - гидростатическое давление столба жидкости между башмаком и забоем высотой Н - L, где Н - глубина скважины, L - длина НКТ; ρ - средняя плотность жидкости в этом интервале. Или через межтрубное пространство

, где Р₁ = hρg - гидростатическое давление столба жидкости в межтрубном пространстве; Р₂ = Р_з + ΔР - давление газа, находящегося в межтрубном пространстве, на уровень жидкости, Р_з - давление газа в межтрубном пространстве на устье скважины; ΔР - гидростатическое давление столба газа от уровня до устья. ,В скважине, фонтанирующей с постоянным дебитом, давление на забое Р_с должно быть постоянным. Поэтому изменение высоты столба h в затрубном пространстве должно сопровождаться изменением давления на устье Р_з так, чтобы сумма слагаемых согласно (8.20) была бы постоянной. Поэтому необходимо, чтобы уменьшение h сопровождалось увеличением давления газа Р_з и наоборот.

Рассмотрим теперь два случая фонтанирования.

1.Р_с<Р_нас(рис. 8.2,a).

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)

Свободный газ имеется на самом забое. Основная масса пузырьков газа будет попадать в фонтанные трубы. Однако часть пузырьков будет попадать в межтрубное пространство и пополнять газовую подушку в межтрубном пространстве.Это ведёт к увеличению давления Р_зи соответствующему понижению уровня жидкостиhна такую величину, чтобы давление на забое Р_ссогласно уравнению (8.20) оставалось бы постоянным. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока уровень жидкости в межтрубном пространстве не опустится до башмака фонтанных труб. После этого процесс стабилизируется. В этом случае возможно достаточно точно определить давление у башмака фонтанных труб Р_б, а также и давление на забое Р_спо давлению на устье в межтрубном пространстве Р_з, не прибегая к трудоемкому процессу спуска манометра в скважину. Давление Р_ззамеряется на устье манометром. Тогда давление у башмака будет равно

,,ρ_о- плотность газа при стандартных условиях Р_ои Т_о; Т_ср- средняя температура в затрубном пространстве;z- коэффициент сжимаемости газа для условий_Рзи Т_ср. Давление на забое скважины Р_сбудет больше Р_бна величину гидростатического давления столба жидкости между забоем и башмаком фонтанных труб Р.

2.Р_с>Р_нас(рис. 8.2,6).

Свободный газ в этом случае не накапливается в затрубном пространстве, так как нет условий для его проскальзывания у башмака фонтанных труб. В самих трубах газ начнет выделяться на некоторой высоте от башмака, где давление станет равным давлению насыщения. Поскольку при работе скважины обновление жидкости в затрубном пространстве не происходит, то не возникают и условия для пополнения газа. Из объема нефти, находящейся в затрубном пространстве, частично выделится растворенный газ, после чего вся система придет в равновесие. Уровень жидкости в этом случае будет находиться на некоторой глубине hв соответствии с выражением (8.20). Различным положениям уровня будет соответствовать различное давление P_з. В этом случае вследствие неопределенности величиныhстановится невозможным определение забойного давления Р_спо величине Р_з.