3.5. Подъем жидкости за счет энергии гидро­статического напора

Фонтанирование скважины возможно тогда, когда из пла­ста на забой поступает энергии не меньше, чем требуется ее для подъема флюидов на поверхность. Условие артезианского фонтанирования описывается следующим уравнением:

где H - глубина скважины (принимается обычно до середи­ны интервала перфорации); р=(р_з+р_у)/2 - средняя плотность жидкости в скважине; р_з, р_у - плотность жидкости соответствен­но в условиях забоя и устья.

Потери давления на трение Р_тр рассчитываются по фор­муле Дарси-Вейсбаха:

где , - коэффициент гидравлических сопротивлений, зависящий от режима движения жидкости и определяемый либо по графикам, либо по формулам; d - внутренний диаметр фонтанных труб, м; w - средняя скорость движения жидкости в трубах, м/с.

Давление Р принимается в зависимости от условий нефтесбора. Оно обеспечивает движение продукции скважины от устья до пункта сбора, зависит от величины потерь давления на гидравлические сопротивления в устьевом оборудовании, системе сбора и т. д.

В силу неразрывности потока длительное фонтанирование возможно при условии равенства расходов притекающей из пласта Q_пл и поднимающейся в стволе скважины Q_под жидкостей:

Q_{пл =} Q_{под =Q}

Рис. 3.4. Графическая интерпретация условий артези­анского (а) и газлифтного (б) фонтанирования

Штриховкой показаны области возможного фонтаниро­вания

Поскольку приток и подъем жидкости происходит за счет пластовой энергии, то совместная работа пласта и фонтанной скважины будет согласовываться через забойное давление Р_з, которое из уравнения притока можно записать:

3.6. Подъем жидкости за счет энергии расширяющего газа

В фонтанных скважинах II и III типов газ выделяется из притекающей нефти. При давлении, равном давлению насы­щения Р_н, количество свободного газа, равно нулю, весь газ растворен в нефти. Вдоль пути движения по мере снижения давления от Р_н до Р_у , количество свободного газа, приходящегося на единицу расхода нефти, увеличивается от нуля до некоторого значения. Количество выделившегося (свободного) газа У_гс при любом текущем давлении Р можно представить как разность начального и текущего количеств растворенного газа:

где G₀ - газовый фактор; а - коэффициент растворимости газа в нефти; Q_н - расход нефти; Р₀ - атмосферное давление.

Поскольку с увеличением содержания газа плотность га­зожидкостной смеси уменьшается, то в целом для всей длины подъемных труб при уменьшении давления от Р₁ до Р₂ необхо­димо принять среднее количество свободного газа. Принимая давление, линейно зависящим от длины, усредненный по длине подъемных труб расход газа можно записать:

где п_в = Q_в/Q_ж- обводненность продукции; Q_e - расход добываемой попутно с нефтью воды; Q_ж= Q_н + Q_в - расход жидкости.

Таким образом, в подъемных трубах действует удельный расход газа, называемый эффективным газовым фактором.

Располагаемый эффективный газовый фактор должен быть не меньше потребного удельного расхода газа в газожидкостном подъемнике. Отсюда условие газлифтного фонтанирования можно записать в виде:

где R₀ - удельный расход газа, т.е. количество газа, рас­ходуемое на подъем 1 т жидкости.

С позиций рационального расходования пластовой энергии фонтанный подъемник должен работать при максимальном КПД , то есть при оптимальном удельном расходе газа. Тогда условие (3.18) уточняется так: