Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Расчёты в добыче нефти

..pdf
Скачиваний:
334
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
11.7 Mб
Скачать

стей (до 0,018 м3/с). Поэтому в перфорационных отверстиях экс­ плуатационной колонны возникают значительные потери напора, которые можно найти по следующей формуле:

<7 = - x " mp/2gA/z,

откуда

Ah

16q2

(V III.26)

n 2d4n2(p22q

 

где Ah — потери напора, м вод. ст.; q — расход жидкости-песко- носителя, м3/с; d — диаметр отверстий при пулевой перфорации, м; п — общее число перфорационных отверстий; ср — коэффициент расхода, зависящий от характера истечения жидкости; g — уско­ рение свободного падения, м/с2.

Задача 82. Определить потери напора в перфорационных

отверстиях

в

процессе ГРП, если q =

0,01

м3/с; d = 0,011 м;

Ф = 0,82;

g

=

9,81 м/с2.

 

 

 

Определим

потери напора по

формуле

(VI 11.26) при числе

перфорационных отверстий п =

10

 

 

Д/г

 

 

160.012

= 8,4

м вод. ст.

3,142-0,0114-102-0.822-2-9,81

В этом случае перепад давления составит

Ар = A/ipg = 8,4-1000-9,81 = 82,3 •103 Па.

При п = 5 потери напора будут

л 1

1 6 - 0 , 0 1 2

по с

^ 1 — 3,14а-0,0114-5а-0,82а -2.9,81 ~~ 3 3 ’^ М В0Д' СТ‘

Перепад давления

Ар = 33,6-1000-9,81 = 0 ,3 3 -106 Па.

При п = 1 потери напора резко возрастают и составят

Д/г :

________________________

=

840 м вод. ст.

 

3,142-0,0114- 12-0,S22-2-9,81

 

 

Перепад давления будет

 

 

Ар =

840-1000-9,81 = 8 ,2 3 -1 0 °

Па.

Расчетные данные по определению Ар при разных значениях q и п приведены в табл. V III .12.

Из данных табл. V III. 12 видно, что при повышении расхода в два раза перепад давления увеличивается примерно в четыре раза.

171

Т а б л и ц а V III .12

Расчетные данные по определению перепада давления Ар в перфорационных отверстиях

обсадной колонны скважины, МПа

я, м*/С

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

15

20

25

30

0,01

10,3

2,6

1,1

0,6

0,4

0,3

0,2

0,2

0,1

0,1

0,02

41,4

10,3

4,6

2,6

1,7

1,3

0,8

0,6

0,5

0,4

0,2

0,1

0,03

93,1

23,3

10,3

5,8

3,8

2,8

1,9

1,4

1,1

0,9

0,4

0,2

0,2

0,1

0,04

165,6

41,4

18,4

10,3

6,6

5,0

3,4

2,6

2,0

1,6

0,7

0,4

0,3

0,2

0,05

258,7

64,7

28,7

16,1

10,3

7,8

5,3

4,0

3,2

2,6

1,0

0,7

0,4

0,3

0,06

372,6

93,1

41,6

23,2

14,9

10,3

7,6

5,8

4,6

3,8

1,6

1,0

0,6

0,4

0,07

507,0

126,7

56,3

31,6

20,3

15,3

10,3

7,9

6,2

5,0

2,2

1,3

0,8

0,6-

0,08

662,4

165,5

73,6

41,3

26,5

23,2

13,5

10,3

8,1

6,6

2,9

1,7

1,0

0,7

0,09

838,3

209,5

93,1

52,3

33,5

25,3

17,1

12,0

10,3

8,3

3,7

2,2

1,3

0,9

0,10

1035,0

258,7

115,0

64,6

41,4

31,3

21,1

16,1

12,3

10,3

4,6

2,7

1,6

1,1

7. РАСЧЕТ ГИДРОПЕСКОСТРУЙНОЙ ПЕРФОРАЦИИ

Задача 83. Для проведения гидропескоструйпой перфорации скважины глубиной Н = 1000 м требуется определить расход рабочей жидкости, необходимое количество жидкости и песка, гидравлические потери напора, давление жидкости на выходе из насадок, предельную безопасную длину подвески насосно-компрес­

сорных труб и их удлинение.

 

1. Расход рабочей

жидкости

(воды) определяют по формуле

Q = iOmpf У

, см3/с,

(V III.27)

где п = 4 — число насадок диаметром 4,5 мм; ср — коэффициент скорости, который можно принять равным коэффициенту расхода 0,82 (для конусоидальной насадки); / — площадь сечения отвер­ стия насадки (/ = 0,785-0,452 = 0,158 см2); Ар — перепад давле­ ния в насадке (принимаем Ар = 20 МПа); g = 981 см/с2 — уско­ рение свободного падения; рсм — плотность смеси воды с песком, которая равна рсм = с (рп— рв) рв, где рп = 2,7 г/см3 — плот­ ность песка; pu = 1 г/см3 — плотность воды; с — объемная кон­ центрация песка

г —

с°

- - _____ [^2_____ = п 0857

 

с0 +Ю 00рп

' 100 + 1000-2,7

с0 — 100 кг/м3 — .массовая концентрация песка. Найдем значе­ ние рсм = 0,0357 (2,7 — 1) + 1 = 1,06 г/см3.

Расход жидкости определим по формуле (V III.27)

Q = 10-4-0,82-0,158 ] / 2° IO M ^ 100 = 9920 см3/с = 9,9 л/с.

2. Найдем общее количество жидкости и песка, необходимое для проведения перфорации. Необходимое количество жидкости устанавливается из расчета двух объемов скважины (один объем для транспортировки песка на забой скважины и один объем для промывки скважины по окончании процесса) плюс 0,3 объема на потерю фильтрации (поглощения пластом).

Таким образом, фж = 2,ЗУ = 2,3-17,7 = 40,7 м3, где объем

скважины V =

0,0177-1000

=

17,7

м3

(см.

прил.

3).

Необходимое

количество

кварцевого

песка

Qn = 1,3 Vc0 =

= 1,3-17,7-100

= 2300

кг

или

2,3

т.

 

 

3. Гидравлические

потери

напора при гидропескоструйной

перфорации складываются

из

потерь

 

 

 

Р = АРТ + ДРК+ АРН+

АЯП, Па,

 

 

(VIII.28)

где АР т— потери напора

в трубах,

Па;

АРк — потери напора

в кольцевом пространстве, Па; ДЯН— потери напора в насадках, Па; ДРП— потери напора в полости, образованной абразивной струей, Па.

173

 

Определим

значения этих

составляющих.

 

 

 

 

Потери напора в трубах

 

 

 

 

 

 

д я т =

8 , 1

106А р см- ^ - >

 

 

 

 

(V III.29)

где

Лт =

0,035 — коэффициент трения при движении воды в 62 мм

трубах;

Q = 9,9 л/с — расход жидкости; Н =

1000 м — глубина

спуска труб; d =

62 мм — внутренний диаметр насосно-компрес­

сорных

труб.

 

 

 

 

 

 

 

 

По

формуле

(V III.29)

 

 

 

 

 

 

ДРТ =

8,1

106-0,035-1,06

9,9gg500° = 3 ,2 3 -106 Па.

 

 

Потери напора в кольцевом пространстве

 

 

 

 

К

8,05-10- 2-XKpCMQ2//

 

п

 

 

(VIII.30)

 

(D 2 — d 2)2 ( D d ) g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Хк — коэффициент трения

при движении

воды

в

кольцевом

пространстве;

Q = 9,9 л/с

(или 9900 см3/с);

Н =

10б

см; D =

=15 см — внутренний диаметр эксплуатационной колонны; d =

=7,3 см — наружный диаметр насосно-компрессорных труб.

Для определения

найдем Re по Минцу и Шуберту

Re =

Рсм«>6

(VIII.31)

(хсм6 0 ( 1 — т )

где 6 = 0,05 см — средний диаметр зерен песка; w — скорость движения жидкостей смеси в кольцевом сечении между колоннами труб диаметром 15 и 7,3 см, которая равна

w =

Q/0,785 (D2 -

d2) =

9900/0,785 (152 - 7,32) = 73 см/с;

т — условная пористость твердой фазы в трубах

т =

1 - Рсм~ Рж

= 1 -

= 0,98.

 

Рп

 

2,7

Величина |iCM= р,иеЗЛ8с, где с = 0,0357 — объемная кон­ центрация песка; е — основание натуральных логарифмов; р,„ =

=0,1 Па-с. Следовательно,

рсм = 0,1-2,7183>18-°-0357 = 1,12 мПа-с.

Определяем Re по формуле (V III.34)

Re =

1,06

-73-0,05

 

 

1 ,1 2 - 10-3

-60 (1 — 0,98) = 2880.

 

Учитывая, что режим

турбулентный,

К =

0,3164/Re'0*25 = 0,3164/28800-25 = 0,043.

По формуле (V III.30)

получим

 

А р

8,0510- 2 -0,С 43 -1,06 ■99002105

16,7-103 Па.

 

(152 — 7 ,32)2 (15 — 7,3) 981

 

 

174

Потери напора в насадках АР п примем равными 20 МПа. Потери напора в полости АЯП, образованной абразивной струей,

по опытным данным изменяются от 2 до 5 МПа. Принимаем среднее

значение

ЛЯП= 3,5 МПа.

 

Общие

гидравлические потери по

формуле (VI 11.28)

Р = (3,23 + 0,0167 + 20 + 3,5) 106 =

26,75 -106 Па.

4. Давление жидкости с песком на выходе

из насадок равно

А) = Ру + Р с м £ # - / ? =

22,2-10с -г ЮбО-9,81

1 0 0 0 -

— 26,75 -106 = 7 ,8 5 -106

Па,

 

где ру — давление на устье скважины при работе насосного агре­ гата 2АН-500 на V скорости. При расходе 9,5 л/с ру = 22,2 МПа.

5. Предельная безопасная длина подвески труб диаметром

73 мм при наличии циркуляции жидкости определяется по фор­ муле

Фетр _

L =

k

м,

(V III.32)

 

 

Ят

 

где QCTp = 294 кН — страгивающая нагрузка для резьбового соединения гладких насосно-компрессорных труб из стали группы прочности Д; k = 1,5 — коэффициент запаса прочности; /к = = 30,2 см2 — площадь проходного сечения труб диаметром 73 мм (см. прил. 3); ру = 22,2 МПа; qr = 82 Н — вес в жидкости 1 м труб диаметром 73 мм с муфтами (см. прил. 3). Следовательно, по формуле (VII 1.32) имеем

 

294-103

30,2-10-4-22,2 -10°

 

 

L =

1,5

= 1570

м.

82

 

 

 

 

 

Максимально возможная длина спуска тех же труб при отсут­ ствии циркуляции жидкости (в случае ее полного поглощения)

(VIII.33)

9т + /кРсм^

где q'r = 94,6 Н — вес 1 м труб диаметром 73 мм с муфтами без учета потери веса в жидкости, так как в затрубном пространстве жидкость отсутствует.

По формуле

(V III.33) получим

 

294-1О3

30,2-10-4•22,2 - 10fi

 

U =

1,5

= 1025 м.

 

94,6 +

30.2-10“ 4- 1060-9,81

 

 

6. Определим удлинение насосно-компрессорных труб под действием общей нагрузки. По закону Гука удлинение AL составит

AL

G L

(VIII.34)

E f T

 

175

где G — общая

нагрузка на трубы,

МН;

L — 1000

м — длина

колонны

труб;

Е = 20,6

МН/см2 — модуль

упругости

стали;

/т = 11,66

см2 — площадь

поперечного сечения тела трубы диа­

метром 73 мм (см. прил. 3).

 

 

 

 

 

 

 

При наличии циркуляции жидкости G равна

 

 

 

о = q7 \

-

b P J ,t + fK (ру -

,

 

 

(VIII.35)

где qT ----- нагрузка от собственного

веса

труб с муфтами,

Н;

/„ = 41,84

см2 — поперечное сечение

труб

диаметром

73

мм

по

наружному

диаметру.

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

по формуле (VI 11.35) имеем

 

 

 

G = 8 2 -^ ^ —

25-103 - 41,84 - 10-4 +

 

 

 

 

 

 

+ 3 0 ,2 -10"4 (22,2 ~Y ~ ) Ю6= 100,6-103

Н.

 

 

 

При

отсутствии циркуляции жидкости

 

 

 

 

 

G ' = q i ± - + h ( p c«gL +

P y - - ^ - ) ,

 

 

(V1II.36)

где qт = 94,6 Н — вес в воздухе 1 м труб диаметром 73 мм с муф­ тами.

По формуле (V III.36) получим

G' = 94,6 Ч- 30,2 ■10"4 (1060 •9,81 •1000 Ч-

Ч- 22,2- 10d- -4,852 106 ) = 137,3-103 Н.

Удлинение труб по формуле (V III.34) составит: при наличии циркуляции жидкости

М

100.6- Ю3-1000

20.6-10е- 11,65 = 0,418 м;

при отсутствии циркуляции жидкости

д ,,

137,3-Ю3-1000

0,572 м.

20,6- 10е-11,66

 

Удлинение насосно-компрессорных труб нужно учитывать при определении глубины прострела и интервала перфорации. Если этот интервал превышает найденные значения удлинений, то никакой поправки при определении глубины спуска перфоратора делать не следует. При малой мощности продуктивного гори­ зонта удлинение труб надо учитывать.

IX. ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА ПЛАСТА

ИСКВАЖИН

Эффективное тепловое воздействие на продуктивный пласт в целом можно осуществлять как путем нагнетания в пласт теплоносителя извне, так создавая внутрипластовый движущийся очаг горения (ВДОГ). Эти методы снижают вязкость нефти и этим повышают ее подвижность. Их сущность состоит в переносе тепловой энергии на большие расстояния с одновременным отбором из пористой среды продуктов теплового воздействия в виде горючих газов [14].

При фонтанировании скважины в целях борьбы с отложениями парафина важно знать распределение температуры по стволу сква­ жины, а при паротепловой обработке необходимо учитывать по­ тери теплоты в скважине.

1. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТА МЕТОДОМ ВДОГ

Задача 84. Рассчитать основные показатели разработки пяти­ скважинного элемента пласта (четыре эксплуатационных и одна нагнетательная скважина в центре) методом создания внутрипластового движущегося очага горения (ВДОГ), если эффектив­ ная мощность пласта h3 = 6 м; пористость т = 0,28; температура пласта Тил = 294 К; плотность нефти р„ = 945 кг/м3; плотность воды рв = 1000 кг/м3; нефтенасыщенность SH= 0,72; водонасыщенность 5 В = 0,23; расстояние между нагнетательной и эксплуа­ тационными скважинами а = 300 м; абсолютное давление на забое эксплуатационных скважин р э = 0,8 МПа; абсолютное давление нагнетания (равное примерно горному давлению) ра = 20 МПа; радиусы нагнетательной и эксплуатационных скважин гс = 0,084 м (168-мм обсадная колонна); эффективная проницаемость пласта для воздуха (окислителя) кэ = 0,176-10-6 м2 (176 мД); динамиче­ ская вязкость воздуха при пластовой температуре р = 0,018 мПа-с; радиус фронта горения в конце первого периода г'ср = 50 м. Кроме того, по данным лабораторных экспериментов имеем: коли­ чество коксового остатка (расход топлива) g = 25,2 кг/м3; удель­ ный расход окислителя Кост = 12 м3/кг; отношение количества водорода к кислороду в коксовом остатке п = 1,2; удельная теп­ лота сгорания нефти Q„ = 41,9 МДж/кг (10 Мкал/кг), а газооб­ разных продуктов Qr = 1,257 МДж/м3 (300 ккал/м3). Принимаем коэффициент охвата пласта фронтом горения по мощности a /t = = 0,9; коэффициент нефтеотдачи для участков пласта, не охва­ ченных фронтом горения, Я = 0,4,

177

Определим объем воздуха, необходимый для выработки еди­ ницы объема пласта

Vn= gV0CT = 25,2 •12 = 302 м3/м3.

Находим предельный темп нагнетания воздуха

vr. пр

7 ,4 k j i a ( р 1

- р\)

 

 

 

(IX .1)

/

а

2

\

»

 

 

р Т пл ( 2 ,3 Ig -р- - 1 ,2 38 j

 

 

 

где все величины

известны. Подставляя их, получим

 

7,4-0,176-10-°-6-(202 — 82) 1010

= 57

103 м3/сут.

 

°,018-294 (2,3 lg-5^

i 5- -

1,2Э8)

 

 

 

По рис. IX . 1 находим минимальную скорость перемещения фронта горения (с учетом а Л = 0,9) ауф.м = 0,025 м/сут.

О

3

S

9

12

IS h3,M

Рис. I X .1. Зависимость минимальной скорости перемещения фронта горения от мощности пласта при Т = 533 К.

Концентрация топлива g, кг/м3: / — 32; 2 — 24; 3 20; 4 — 19,2; 5 — 18,4

Рис. IX .2. График для определения коэффициента охвата пласта фронтом горения

Определяем скорость движения фронта горения в конце пер­ вого периода процесса

 

1>т. пр

57-103

п 1

,

W * w

~ ~ 2л/1э1/пГф — 2-3,14-6-302-50 “

0,1 М/ СУТ-

Так

как полученное

значение

w<pw >

Зауф>м, то принятая

величина гф = 50 м остается в силе. Если значение w$w окажется меньше Зо>ф. м, то расчет следует повторить при несколько меньшем значении гф.

Находим значение параметра ia

г _

Щ . пр

57-103

4,19.

(IX.2)

а —

a h 3w $ ; M V n ~

300-6-0,025-302

 

 

178

По рис. IX .2 определяем коэффициент охвата пласта фронтом горения по площади as (на момент подхода фронта горения к экс­ плуатационным скважинам). В зависимости от полученного пара­ метра ia имеем as = 0,53.

Для определения коэффициента нефтеотдачи предварительно вычислим значения коэффициентов 5 0 и S lx

S0 = g/9nm =

25,2/945-0,28 = 0,095;

Sr. г = So

= 0,095 ■124l' ; f 7 = 0,034.

Коэффициент нефтеотдачи на участке, охваченном фронтом горения, вычисляем по формуле

■Sp +

<St . X

0,095 +

 

0,034

0,821.

V = 1

S „

0,72

 

 

 

 

Коэффициент

нефтеотдачи

для

всего участка

V = аЛа5г]' + Я(1 — a has) = 0,9-0,53-0,821 +

+ 0,4(1 - 0 ,9 - 0 ,5 3 ) = 0,6.

Длительность первого периода разработки находим по формуле

т' = Гф/Юфц, = 50/0,1 = 500 сут.

Количество закачанного за этот период воздуха

]/; = ±

ут прт' =

i - • 57• 103• 500 =

14,25 • 106 м3.

 

Количество полученной смеси, состоящей в основном из азота

и паров воды, определяем по формуле

 

 

G =

° . 7 9 P N 2 +

б Р в +

( 1 2 + 7 Г +

V

(IX .3)

п р

5 в т Р в )

 

где PN2 — плотность

азота;

п — отношение водорода

к углероду

в коксовом остатке; б — отношение поданного объема воды к объ­

ему

поданного

воздуха

в долях

единицы;

у — коэффициент

использования воздуха.

 

 

 

п = 1,2;

 

у =

В

данной задаче pN, =

1,36 кг/м3;

б = 2 - 10_3;

= 0,9. Следовательно,

по

формуле

(IX .3)

 

 

СПР =

0,79-1,36 +

2 - 10_3-103 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

0,9

/ 9.25,2-1,2

+

0 ,23 -0,28 -103) '

14,25-10°= 47,4-10°

кг.

 

302

\ 12 +

1,2

 

 

 

 

 

 

 

179

Массовые доли азота и паров воды в смеси определяются по формулам:

0,79-y'pN

0,79-14,25.10е- 1,36

 

£N =

'пр

47,4 -10е

=

0,323;

 

 

 

 

К

£н,о =

[ у 7 ( - w

h + s "mp") +

6р»] S пр

= [ w

 

+ 0,23.0,28 .10»)

+ 2 - 1 0 - 103 х

х47,4 -106 = 0,675.

Сучетом плотности водяного пара рн2о = 0,804 кг/м3 опреде­ лим плотность смеси по формуле

 

Рпр

 

РнгоРм2

 

0,804-1,36

 

=

0,93 кг/м3.

 

£ N2PH .O “Ь^НзОРЫг

0,323-0,804

 

 

 

 

 

 

0,675-1,36

 

 

 

 

 

Удельную

теплоемкость

смеси

определяем

подформуле

 

 

 

_

,

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(IX.4)

 

пр CN 2<§Na “ Г

~ £ f S H IO>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где с мг — удельная теплоемкость азота; i

— удельная энтальпия

насыщенного

пара; At — разность

между

температурой

пара

и

пластовой температурой. Принимаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CN2 =

0,96

кДж/(кг-К);

 

Г

=

 

 

 

 

 

= 2782

кДж/кг;

At =

173

К-

Под­

 

 

 

 

 

ставляя

их

в

(IX .4), получим

 

 

 

 

 

 

 

с„р =

0,96-0,323

+

 

0,675 =

 

 

 

 

 

= 11,23 кДж/(кг-К).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Радиус фронта

горения

при про­

 

 

 

 

 

рыве оторочки горячих жидких

про­

 

 

 

 

 

дуктов

 

в

эксплуатационные

сква­

о

 

100

200 гф, м

жины

находим по формуле

 

 

 

Рис. IX .3. Зависимость выжжен­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<1Х-5>

ной площади от радиуса фронта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

горения

 

 

 

где г0 — радиус

оторочки при про­

 

 

 

 

 

рыве

горячих

жидких

продуктов

в

эксплуатационные скважины;

 

спр,

рпр

— соответственно

удельная теплоемкость и плотность смеси в газообразном состоя­ нии; Gr — суммарное количество поданного воздуха; спр, рпл — соответственно удельная теплоемкость и плотность пласта, насы­

щенного водой. Эти величины равны: г0 =

300 м;

рпр =

0,925 кг/м3;

Gr = 18,4-10°

м3; смЛ = 253 кДж/(кг-К);

рпл =

4,95

кг/м3. Сле­

довательно, по

формуле

(IX .5) имеем

 

 

 

ОАЛ .

1 f

л п л 1П в

11,23-0,925-302

н о о

 

/ф — 300.

у

47,4-10

• 253-4,95-18,4-10°

— 1 ^ ,2 м.

 

180