23. Осложнения в работе скважин, оборудованных эцн.

Влияние эмульсий и вязкости откачиваемой ж-ти. Обводненность продукции скважин явл-ся фактором, оказывающим существенное влияние на работу ЭЦН. В интервале обводн-ти от 30 до 80% м. образовываться высоковязкие эмульсии. При этом вязкость эмульсии м. в 2-3 раза превышать вязкость нефти. При откачке высоковязкой эмульсии ухудш-ся раб. Харак-ки ЭЦН: КПД и напор насоса падают, а потребляемая мощность растет. ЭЦН не реком-ся использовать, если продукция скважин м. образовывать стойкие эмульсии. Выполнен-ми ТатНИПИ исследованиями было установлено, что ЭЦН м. работать при величинах эффективной вязкости среды не более 350 мПа*с. При этом подача насоса падает до 0,7 от подачи на воде, а потребляемая мощность возрастает в 1,7 раза. Осложнения, связанные с образованием высоковязкой эмульсии, м.б. уменьшены применением деэмульгаторов.

Влияние газа. Выводы. 1. Работа ЭЦН на газожидкостных смесях характеризуется снижением внешних параметров: Q, H, N, η. 2. Снижение параметров работы насоса зависит от величины газосодержания в откачиваемой ж-ти. При увеличении газосодержания до определенной величины м. произойти срыв подачи. 3. при откачке ГЖС по мере роста газосодержания Г (отношение объема газа к объему ж-ти) резко сокращается область работы насоса.

Харак-ки ЭЦН при работе на ГЖС при содержании газа от 0 до 0,1. Независимо от конструкции раб. Органов, типа направляющего аппарата и т.д., внешние параметры меняются незначительно только в области малых газосодержаний (0,01-0,02). Наибольшее изменение при увеличении газосодержания испытывает напор насоса Н, а наименьшее – потребляемая мощность N. Снижение относительных параметров исследованных насосов не зависит от режима их работы. Увеличение числа ступеней насоса приводит к меньшему изменению КПД и напора и к большему изменению мощности. Общий характер изменения относительных параметров исследуемых насосов одинаков.

Работа ПЦЭН при откачке вязкой ж-ти также сопровождается ухудшением его рабочих характеристик. В теории гидромашин и компрессоров разработаны методы пересчета рабочих характеристик центробежных насосов для перекачки вяз­ких жидкостей. Эти методы основаны на обобщении результатов практических испытаний насосов на жидкостях различной вязкости и определения поправочных коэф-тов к величинам H, Q и η в зависимости от числа Re. В теории центробежных насосов применяются различные формы записи числа Рейнольдса. В данном случае используется следующий безразмерный комплекс:

(XI.41)

Здесь n — частота вращения вала; Q — подача; v — кинемати­ческая вязкость ж-ти.

2 4. Артезианское фонтанирование. Фонтанирование за счет энергии газа. Условие фонтанирования.

Общим обязат-м усл-м д/работы любой фонтанирующей скв будет рав-во:

Рс = Рг+Ртр+Ру, где P_C — давл-е на забое скв; Рг, Ртр, Ру — гидростатическое давл-е столба ж-ти в скв, рассчитанное по вертикали, потери давл-я на трение в НКТ и противодавл-е на устье, соотв-но.

Различают 2 вида фонтанир-я скв-н:

фонтанирование ж-ти, не содержащей пузырьков газа,- артезианское фонтанирование;

фонтанирование ж-ти, содержащей пузырьки газа, облегчающего фонтанирование,- наиболее распространенный 16р-б фонтанирования.

Рис. 1. артезианское фонтанирование:

артезианское фонтанирование р_з > р_н, р₂  p_н, т. е. фонтанирование происх-т за счет гидростатического напора (рис. 1). В скв-не наблюдается обычный перелив ж-ти, движется негазированная (без свободного газа) ж-ть (аналогично артезианским водяным скв-нам). В затрубном простр-ве м/у НКТ 1 и обсадной ЭК-й 2 находится ж-ть, в чем можно убедиться, открыв, н-р, трехходовый кран под манометром, показывающим затрубное давление р_затр. Газ выделяется из нефти за пределами скважины в выкидной трубе.

Артезианский способ встречается при добыче нефти редко. Он возможен при полном отсутствии растворенного газа в нефти и при Рзаб, превыш-щем гидростатическое давл-е столба негазировапной ж-ти в скв-не. При наличии растворенного газа в ж-ти, который не выделяется благодаря давл-ю на устье, превышающему Рнас, и при Рзаб, превышающем сумму двух давл-й: гидростатического столба негазированной ж-ти и Ру.

Т.к. присутствие пузырьков свободного газа в ж-ти ум-ет ее  и гидростатическое давл-е такого столба ж-ти, то Рзаб, необходимое для фонтанирования газированной ж-ти, существенно <, чем при артезианском фонтанировании.

Фонтанирование за счет энергии газа.

Это наиб распространенный 16р-б фонтанир-я нефт-х скв. При артезианском фонтанировании в фонтанных трубах движ-ся негазированная ж-ть (нефть), поэтому, чтобы преодолеть гидростатическое давл-е столба такой ж-ти, забойное давл-е д.б. достаточно высоким.

При фонтанировании за счет эн-гии газа  столба ГЖС в фонтанных трубах мала, поэтому гидростатическое давл-е столба такой смеси будет <. Следовательно, и для фонтанир-я скв потребуется меньшее забойное давл-е. При движении ж-ти по НКТ от забоя к устью давл-е ум-ся, и на некоторой высоте оно стан-ся = Рнас, а выше – ниже Рнас.

Рассм-м теперь два случая фонтанир-я.

1. Рс<Рнас (а). Свободный газ имеется на самом забое. К башмаку фонтанных труб будет двигаться ГЖС. При работе такой скв основная масса пузырьков газа будет увлекаться потоком ж-ти и попадать в фонтанные трубы. Но часть пузырьков, двигающихся непоср-но у стенки ОК, будет проскальзывать мимо башмака НКТ и попадать в межтрубное простр-во. В межтрубном простр-ве выше башмака движения ж-ти не происходит. Поэтому пузырьки газа в нем будут всплывать, достигать уровня ж-ти и пополнять газовую подушку в межтрубном пространстве. Таким образом, при фонтанировании, когда Рс<Рнас, создаются условия для непрерывного накопления газа в межтрубном пространстве. Интенсивность этого процесса зависит от многих факторов.

1. От скорости восходящего потока ГЖС, т.е. от дебита скв. Чем больше дебит, тем меньше газа попадает в межтрубное пространство.

2. От вел-ны зазора м/у ОК и фонтанными трубами.

3. От кол-ва и вел-ны газовых пузырьков, что - зависит от разницы м/у Рнас и давл-ем у башмака.

4. От вязкости ж-ти.

2 Рс>Рнас (б). Свободный газ в этом случае не накаплив-ся в затрубном простр-ве, т.к. нет условий для его проскальзывания у башмака фонтанных труб. В самих трубах газ начнет выд-ся на некоторой высоте от башмака, где давл-е станет равным Рнас. Т.к. при работе скв обновление ж-ти в затрубном простр-ве не происходит, то не возникают и усл-я для пополнения газа. Из объема нефти, находящейся в затрубном простр-ве, частично выделится растворенный газ, после чего вся система придет в равновесие. Разл-м положениям уровня будет соответствовать различное давл-е Рз. В этом случае вследствие неопределенности величины h стан-ся невозможным определение забойного давл-я Рс по величине Р₃.

Условие фонтанир-я Фонтанир-е возможно лишь в том случае, если эн-я, приносимая на забой ж-ю, = или > эн-гии, необх-й для подъема этой ж-ти на пов-ть при условии, что фонтанный подъемник работает на оптимальном режиме, т. е. на режиме наибольшего к. п. д. За счет давл-я на забое скв ж-ть м.б. поднята на высоту, соответствующую этому давл-ю. Полезная работа, кот-я совершается при подъеме 1 м³ ж-ти, равна произведению веса ж-ти на высоту подъема

,[Дж].

Вместе с нефтью на забой м. поступать свободный газ, кроме того, из той же нефти при снижении давл-я происх-т выделение газа. Общее кол-во газа, приходящееся на 1 м³ товарной нефти и приведенное к станд.усл-м, наз-ся полным газовым фактором Го.

Возможная работа этого газа при изотермическом его расширении будет равна

[Дж].

Общее кол-во энергии

Кол-во уносимой энергии по аналогии м. определить так:

Кол-во эн-гии, поступающей из пласта и затраченной в самой скв-не в процессе подъема ж-ти от забоя до устья, Wn будет равно разности

Кол-во эн-гии, минимально необх-е для фонтанирования будет =

След-но, фонтанир-е возможно, если ,т. е. если из пласта поступает газа > или столько, сколько нужно для подъема 1 м₃ ж-ти на режиме наивысшего к. п. д.

Условие артезианского фонтанирования непосредственно следует из 17р-я (1) баланса давлений:

(1)

(2)

где Н  глубина скважины по вертикали (принимается обычно до середины продуктивного пласта);  = (₃ + ₂)/2  средняя плотность жидкости в скважине; ₃, ₂  плотность жидкости соответственно в условиях забоя и устья; g  ускорение сво­бодного падения.

П. Д. Ляпков, детально занимавшийся вопросом пересчета характеристик ПЦЭН с воды на вязкие ж-ти, использовал соотношение (XI.41) и построил расчетную номограмму для определения поправочных коэф-тов

к_н = Нν/Нв к_Q = Qν/Qв к_η = ην / ηв (XI. 42)

В (XI.42) индекс «в» означает соответствующие значения Я, Q и т) при испытании насоса на воде, индекс «v» означает те же характеристики при испытании на вязкой ж-ти (рис. XI. 13).

Рис. XI.13. Графики П. Д. Ляпкова для пересчета характеристик ПЦЭН на ж-ть, имеющую вязкость, отличную от вязкости воды

Нижний график позволяет найти пересчетные значения коэф-тов при работе ПЦЭН на оптимальном режиме, т. е. на режиме максимального к. п. д. По оси абсцисс отложены значения Re согласно (XI.41). Справа и слева графика по оси ординат отложены значения соответствующих пересчетных коэф-тов. Сплошные линии означают зависимость пересчетных коэф-тов от Re. Пунктирные линии ограничивают область разброса фактических точек, по которым строились сплошные линии. Верхний график на рис. XI. 13 позволяет определить пересчетный коэф-т только для напора (к_н = Нν/Нв), но для режимов работы, отличающихся от оптимального в боль­17ую и меньшую стороны, а именно для

Q = 0,4Q_опт; Q = 0,6Q_опт ; Q = 0,8Q_опт ; Q = 1,2Q_опт и Q = 1,4Q_опт.

Из графика видно, что вязкость перестает влиять (к_н=1) на напорную характеристику ПЦЭН при режимах работы 0,4 Q_опт <Q<l,4 Q_опт при Re>60000.

Промысловые наблюдения показывают: наиболее стойкие эмульсии образуются в скважинах, эксплуатируемых погружными центробежными насосами.

Есть несколько причин, способствующих в этом случае образованию эмульсий: неравномерность поля скоростей и давлений в рабочем колесе, направляющем аппарате и в зазорах между ними приводит к образованию турбулентных зон и вихрей. В частности, образование вихрей зависит и от режима работы насоса, особенно в области подач Q < Qam- Выход жидкости из рабочего колеса и дальнейшее ее движение в направляющий аппарат связаны с явлением, аналогичным удару. Таким образом, в центробежном насосе основным местом образования эмульсии являются рабочие органы (рабочие колеса и направляющие аппараты), а режим работы насоса и физико-химические свойства воды и нефти в значительной мере определяют степень эмульсиеобразования.

В эмульсиях принято различать - две фазы - внутреннюю и внешнюю. Внешнюю фазу – ж-ть, в кот-й размещаются мельчайшие капли другой ж-ти, наз-ют дисперсионной, внешней или сплошной средой. Внутреннюю фазу – ж-ть, нах-щуюся в виде мелких капель в дисперсионной среде, наз-т дисперсной, разобщенной или внутренней фазой.

По хар-ру дисперсионной среды и дисперсной фазы различ-т 2 типа эмульсий — «нефть в воде (н/в)» и «вода в нефти (в/н)». Тип эмульсии в основном зависит от соотношения объемов двух фаз, дисперсионной средой стремится стать та ж-ть, объем которой >. На практике наиболее часто (95%) встреч-ся эмульсии типа «вода в нефти». Реже, чем эмульсии «нефть в воде», встречаются эмульсии третьего типа — «вода в нефти в воде».

На способность эмульгирования нефти и воды кроме соотношения фаз оказывает влияние присутствие эмульгаторов. Эмульгаторы - это в-ва, кот-е способствуют образ-нию эмульсви. Они понижают поверх-ное натяжение на границе раздела фаз и создают вокруг частиц дисперсной фазы прочные адсорбционные оболочки. Эмульгаторы, растворимые в воде, способствуют созданию эмульсии «нефть в воде». К таким гидрофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал и др. Гидрофобные эмульгаторы (т. е. растворимые в нефти) способствуют образованию эмульсий типа «вода в нефти». К ним относ-ся хорошо растворимые в нефти щелочноземельные соли органич-х кислот, смолы, мелкодисперсные частицы сажи, глины и других веществ, которые легче смачиваются нефтью, чем водой. Нефтяные эмульсии хар-ся вязкостью, дисперсностью, плотностью электрическими свойствами и стойкостью.

Вязкость нефтяной эмульсии измен-ся в широких диапазонах и зависит от собственной вязк-ти нефти, t-ры образ-ния эмульсии, соотношения нефти и воды.