34. Распределение давления в газовых пластах и скважине

1)Определение пластовых давлений

Горное давление и формула для его определения. Горным называется давление, создаваемое весом залегающих над газом пород

Р_гор=0.1_пL, (2.1)

где Р_гор - горное давление в кгс/см²; _п - средний удельный вес горных пород всех вышележащих пластов с учётом насыщающих их жидкостей в гс/см³ или тс/м³ ;

L - глубина, считая от поверхности земли до точки пласта, в которой определяется горное давление в м. При ориентировочных расчётах принимается _п=2,5гс/см³.

Пластовое давление и методы его определения. Давление газа в газовой залежи (пластовое давление) всегда меньше горного. Определяют его по давлению на забое закрытой скважины. Учитывая, что углы наклона пластов незначительны, для большинства газовых месторождений можно считать, что начальное пластовое давление одинаково во всех точках залежи. При значительных этажах газоносности залежи значения этого давления могут значительно отличаться по различным скважинам при одинаковых давлениях на устье. На своде их значения будут меньше, чем на крыльях.

На практике пластовое давление р_пл принимается равным гидростатическому, т.е. примерно глубине скважины L[м], умноженной на удельный вес воды _в [кг м/ с²]. При этом учитывается возможное отклонение от данного значения с помощью введения коэффициента несоответствия , изменяющегося в пределах 0,8 - 1,2

р_пл= _в L/10⁶ [МПа]. (2.2)

Причины аномальности пластового давления. Причины аномальности лежат в геологических особенностях сообщаемости горизонтов, величинах горного давления. Аномально высокие давления имеют замкнутые пласты без выходов на поверхность при высоких этажах газоносности и уплотнённых породах.

Пластовое давление в газоконденсатных скважинах

Пластовое давление в газоконденсатных скважинах с большим содержанием конденсата (более 40 – 50 см3/м3) необходимо определять с помощью скважинных манометров либо рассчитывать по приближенным формулам. Например, если в барометрической формуле заменить относительную плотность газа относительной плотностью газоконденсатной смеси.

3) Определение забойного давления в работающей скважине

Газовая скважина

Исходное уравнение количества движения. Формула расчета давления в работающей скважине получаем после интегрирования общего уравнения движения

dp/dL+^.g^.(dz/dL)+2^.w²/D_T = 0 .

Здесь L - длина трубы в м (берётся обычно от устья до середины вскрытого интервала; для наклонных скважин определяется по вертикали h=L cos_н); w - скорость газа в м/с; g - ускорение силы тяжести в м/с²;  - коэффициент гидравлического трения;  - плотность газа в кг/м³ ; D_T - диаметр трубы в м.

Общий вид формулы

(2.5) где s = 0.03415 L / (Т_ср^.z_ср) ;

. (2.6)

Алгоритм расчета. Забойное давление определяют методом последовательных приближений, так как в формулу входит коэффициент z_cp, для определения которого необходимо знать р_з.

Коэффициент гидравлического сопротивления. Коэффициент гидравлического сопротивления  зависит от режима движения газа по трубе и поверхности стенок труб. При встречающихся на практике скоростях в газовых скважинах  зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости 

Число Рейнольдса, относительная шероховатость, критическое значение числа Рейнольдса. Число Рейнольдса - параметр,определяющий отношение инерционных сил к вязкостным

где К  температурный коэффициент, равный 1910 при 273 К и уменьшающийся с ростом температуры ( равен 1777 при Т=293 К), кг^.с²/м⁴; Q  дебит газа, тыс. м³/сут.;

l_k  абсолютная шероховатость, мм; D - внутренний диаметр труб, см;   относительная плотность по воздуху.

Выражение для сопротивления в случае ламинарного течения. Если режим ламинарный (Re < 2300), то  не зависит от шероховатости и его определяют по формуле  = 64/Re.

Выражение для сопротивления в случае турбулентного течения. При турбулентном режиме течения  зависит от Re и  и его определяют по формуле

При больших скоростях (дебит больше значения минимального дебита Q_min) наступает турбулентная автомодельность и тогда  не зависит Re

В целом коэффициент сопротивления фонтанных труб, кроме шероховатости, зависит от местных сопротивлений и неровностей в местах их соединения, от наличия в потоке твёрдых и жидких примесей и других факторов. Сопротивление труб меняется в процессе эксплуатации скважины по мере изменения шероховатости поверхности труб. В области автомодельности для труб диаметром 63мм значения  колеблется в пределах 0.01  0.02 и при расчётах принимают равным 0.014.