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

X. ПОДЗЕМНЫЙ РЕМОНТ СКВАЖИН

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОМЫВКИ ЗАБОЙНЫХ ПЕСЧАНЫХ ПРОБОК

Задача 90. Провести гидравлический расчет промывки забой­ ной песчаной пробки [7], для чего определить давление на выкиде насоса, необходимую мощность двигателя, давление на забое скважины, время на промывку пробки и разрушающее действие струи. Сравнить прямую и обратную промывку водой и нефтью.

Исходные данные: глубина скважины Н = 2000 м; диаметр эксплуатационной колонны D = 168 мм; диаметр промывочных труб d = 73 мм; максимальный размер песчинок (зерен), состав­ ляющих пробку, б = 1 мм; песчаная пробка находится в эксплуа­ тационной колонне выше фильтра. Промывка ведется промывоч­ ным агрегатом АзИНМАШ-35, эксплуатационная характеристика которого приведена в табл. Х.1.

Прямая промывка водой

1.Потери давления на гидравлические сопротивления при

движении жидкости в 73-мм трубах определяются по формуле

Н ии

(Х.1)

h l = ^ l£ ~ 2 g ' м вод. ст.,

где X — коэффициент трения при движении воды в трубах; dB — внутренний диаметр промывочных труб, м; ин — скорость нисхо­ дящего потока жидкости, м/с, берется из табл. Х.2.

В наших расчетах эти величины равны: X = 0,035 (табл. Х.З); dB = 0,062 м; ун1 = 1,048 м/с; vHп = 1,52 м/с; ин 1П = 2,32 м/с;

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а X. I

 

Техническая характеристика агрегата АзИНМАШ-35

 

(максимальная мощность двигателя 110 кВт)

 

Включенная

Номинальная

Число двойных

Подача насоса,

Давление на

частота враще­

скорость

ния двигателя,

ходов

плунже­

л/с

выкнде, МПа

 

об/мин

ра в

минуту

 

 

I

2500

39,7

3,16

16,0

п

2500

58,0

4,61

11,0

ш

2500

88,2

7,01

7,2

IV

2500

134,0

10,15

4,3

191

 

 

 

 

Т а б л и ц а Х.2

 

Скорость нисходящего потока жидкости в промывочных трубах

 

(Т>н.

см/с) [18]

 

 

 

 

Диаметр труб,

мм

 

жидкости,

 

 

 

л/с

60

73

89

114

1

49,5

33,1

22,0

12,6

2

99,0

66,2

44,0

25,2

3

148,5

99,3

66,0

37,8

4

198,0

132,4

88,0

50,4

5

247,5

165,5

110,0

66,0

6

297,0

198,6

132,0

75,6

7

346,5

231,7

154,0

88,2

8

396,0

264,8

176,0

100,8

10

495,0

331,0

220,0

126,0

15

742,6

496,6

330,0

189,0

Т а б л и ц а Х.З Коэффициент гидравлического сопротивления А, для воды

Диаметр труб, мм

48

60

73

89

114

Значение

0,04

0,037

0,035

0,034

0,032

vu iv = 3,36 м/с. Они найдены по табл. Х .2 путем интерполирова­ ния для расходов жидкости (при I, II, III и IV скоростях), равных 3,16; 4,61; 7,01 и 10,15 л/с.

Подставив численные значения в (X . 1), получим потери давле­

ния на

гидравлические сопротивления hx при работе агрегата:

на скорости

I

 

 

 

 

 

/iu =

0,035

 

2000

1,0482

=

63,2

м

вод. ст.;

 

 

0,062

2-9,81

 

 

 

 

на скорости[

 

II

 

 

 

 

 

hi и =

0,035

 

2000

1,522

.=

133

м

вод. ст.;

 

 

 

0,062

2-9,81

 

 

 

 

 

[

 

III

 

 

 

 

 

 

-

 

2000

2,32а

=

309

м

вод. ст.;

 

3 0,062

2-9,81

 

 

 

IV

 

 

 

 

 

hi iv =

.

 

2000

3,362

=

648

м. вод. ст.

0,035

 

0,062

2-9,81

192

Т а б л и ц а Х.4 Скорость движения жидкости в кольцевом пространстве (в см/с)

 

 

Диаметр эксплуатационной

колонны,

мм

 

Расход

114

 

 

141

 

163

 

жидкости,

 

Диаметр насосно-компрессорных труб, мм

 

л/с

 

 

 

60

73

60

73

60

73

89

3

59,0

79,8

30

34,5

20,2

22,2

26,2

4

78,8

106,4

40

46,0

27,0

29,6

34,9

5

98,4

133,0

50

57,5

33,8

37,0

43,6

6

118,0

159,6

60

69,0

40,5

44,5

52,3

7

137,8

186,2

70

80,5

47,3

51,8

61,1

8

157,6

212,8

80

92,0

54,0

59,2

69,8

10

197,0

266,0

100

115,0

67,5

74,0

87,2

15

295,0

399,0

150

172,5

101,0

111,0

131,0

2. Потери давления на гидравлические сопротивления при движении смеси жидкости с песком в кольцевом пространстве скважины определяются по формуле

Н

 

D - d ' i j f ’ м водст*

<х -2)

Здесь ср — коэффициент, учитывающий повышение гидравличе­ ских потерь давления в результате содержания песка в жидкости. Величина его колеблется от 1,1 до 1,2; принимаем ф = 1,2; К — коэффициент трения при движении воды в кольцевом пространстве,

определяется

по разности диаметров

168-мм и

73-мм

труб

150 — 73 = 77 мм (150 мм — внутренний диаметр

168-мм труб),

что почти соответствует 89-мм трубам,

для которых А, =

0,034

(см. табл. Х.З);

dH= 0,073 м — наружный диаметр

промывочных

73-мм труб; vD— скорость восходящего потока жидкости в коль­ цевом пространстве, м/с (находят путем интерполирования по табл. Х .4). Для расходов жидкости (при I, II, III и IV скоростях),

равных 3,16; 4,61; 7,0 и 10,15 л/с значения v'u, vl, v’l и

соот­

ветственно равны 0,276; 0,399; 0,610 и 0,880 м/с.

 

Подставляя численные значения в (Х.2), получим величины h2 при работе агрегата:

на скорости I

^ 1 = 1,2-0,034

на скорости II

2000 0.2762 = 4,12 м вод. ст.;

0,15 — 0,073 2 -9,81

^2 II

1,2-0,034

2000

|,399а

м вод. ст.;

0,15 — 0,073

•9,81 ~

7 А . М. Юрчук

193

на скорости

III

 

 

 

 

f h i u

Л

Г \ 0 Л

0,073 2-9,81

=

20,1

м вод. ст.;

U

! о

2000 °.612

 

 

 

на скорости

IV

 

 

 

 

и

__ 1

9 0 044

2000______Q>882

=

41,8

м вод. ст.

n2iv

 

 

 

о,15 — 0,073 2-9,81

 

 

 

3. Потери напора на уравновешивание столбов жидкости раз­ ной плотности в промывочных трубах и в кольцевом пространстве определяются по формуле К- А. Апресова:

Ая =

(1 — т) Fl

_£в_ ( 1

11, м вод. ст.,

(Х.З)

 

f

L Рж \

v B }

J

 

где т — пористость песчаной

пробки;

F — площадь сечения экс­

плуатационной колонны, см2; /— высота пробки, промытой за один прием, м (длина двухтрубного колена); f — площадь сечения кольцевого пространства скважины, см2; рп — плотность песка, кг/м3; рж — плотность воды, кг/м3; икр — скорость свободного падения песчинок, см/с (критическая скорость), определяется по

табл.

Х .5; vB— скорость восходящего

потока

жидкости,

см/с.

В нашей задаче эти величины

равны: т =

0,3;

F = 177

см2

(168-мм эксплуатационной колонны); I =

12 м; / =

135 мм2 (между

168-мм

и

73-мм

трубами);

р„ =

2600

кг/м3;

рж =

 

1000

кг/м3;

икр = 9,5

см/с (см. табл. Х.5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, по формуле (Х.З) имеем значение h3 при работе

агрегата:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на

скорости

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h31= ( 1 — 0,3)

177-12

2600

( 1 -----

)

1

=

7,8

м

вод.

ст.;

 

 

135

1000

\

27,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

Х. 5

 

 

Критическая скорость падения песчинок икр

 

 

 

 

 

Максималь­

Скорость

Максималь­

Скорость

 

Максималь­

Скорость

свободного

свободного

свободного

ный размер

падения,

ный размер

падения,

 

ный размер

падения,

зерен,

мм

см/с

зерен,

мм

см/с

 

зерен,

мм

 

см/с

 

0,01

 

0,01

0,17

 

2,14

 

0,45

 

 

4,90

 

0,03

 

0,07

0,19

 

2,39

 

0,50

 

 

5,35

 

0,05

 

0,19

0,21

 

2,60

 

0,60

 

 

6,25

 

0,07

 

0,36

0,23

 

2,80

 

0,70

 

 

7,07

 

0,09

 

0,60

0,25

 

3,00

 

0,80

 

 

7,89

 

0,11

 

0,90

0,30

 

3,50

 

0,90

 

 

8,70

 

0,13

 

1,26

0,35

 

3,97

 

1,00

 

 

9,50

 

0,15

 

1,67

0,40

 

4,44

 

1,20

 

 

11,02

 

194

на

скорости

II

 

 

 

 

 

 

 

 

h

11 (1-- 0 , 3 ) 177- 12

2600

( i

-----_

i

=

10,8

м

вод. ст.;

 

 

135

1000

\

3 9 , 9 /

 

 

 

 

 

скорости

III

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 — 0,3) 177 •12 Г 2600

 

^61

)- 1

=

13,1

м

вод. ст.;

 

III

135

1000

О

 

скорости

IV

 

 

 

 

 

 

 

 

(1

IV

I о со

135

12 Г 2600

 

9,5

— 1J = 14,6 м вод. ст

. 1000

О

88

 

4.Потери давления на гидравлические сопротивления в шланге

ивертлюге при движении воды определяются по опытным данным, приведенным в табл. Х .6.

Потери напора, возникающие в шланге /i4 и вертлюге (уголь­ нике) Л6, составляют в сумме при работе агрегата:

на

скорости

I — (Л4 + A5)I =

4,7 м вод. ст.;

на

скорости

II

— (А4 +

Ав)п =

 

10,4

м вод. ст.;

на

скорости

III

— (Л4 +

hb)m

=

22

м вод. ст.;

на скорости

IV — (Л4 +

/i6)IV =

31

м вод. ст.

5.

Потери давления на гидравлические сопротивления в 73-мм

нагнетательной линии от насоса до шланга. Принимаем длину этой

линии

/н = 40 м. Тогда по формуле (Х.1)

получим Аб при работе

агрегата:

 

 

 

 

 

 

 

на

скорости

I

 

 

 

 

 

 

и

плос

40

1,0482

,

0

 

 

ft61

= 0,035

0 062

2-9|81

- 1.3 м вод. ст.,

на

скорости

II

 

 

 

 

 

 

К п = 0,035

40

1

^92

= 2 '7

 

 

 

2-9,8l

м вод'

ст';

на

скорости

III

 

 

 

 

 

 

и

n rvo с 40

2 ,3 2 2

 

_ 0

м вод. ст.;

К in = 0,035 -0^062" 1Г1^8Г =

6,2

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а Х.6

 

Гидравлические потери напора в шланге и вертлюге

 

Расход

 

Потери

 

Расход

Потери

 

воды, л/с

 

напора,

 

воды, л/с

напора,

 

 

 

 

м вод. ст.

 

 

м вод. ст.

 

 

3

 

4

 

 

7

22

 

 

4

 

8

 

 

8

29

 

 

5

 

12

 

 

9

36

 

 

6

 

17

 

 

10

50

Т

195

на

скорости

IV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

л л о с

40

3 , 3 6 2

=

« 0 л

м вод. ст.

 

 

 

 

h0iv =

0,035-Q-QQg-

2 9>81

13,0

 

 

 

 

6.

Давление

на выкидё

насоса

определяется

суммой потерь,

т. е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рв =

^

+ +

+ h3+

/i4 +

+

/г6,

м

вод. ст.

 

 

 

(X .4)

Выражая /?н в МПа, имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

Рн =

" T o o " ( ^ i +

h%-\-hz -\- /14 +

Л5 + /гв), МПа.

 

(Х.5)

По

формуле (Х .5)

получим р и при работе

агрегата:

 

на

скорости

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рИI = -щ г !° 3- 9,81 (63,2 +

4,12 +

7,8 +

4 ,7 +

1,3) = 0,796

МПа;

на

скорости

II

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

раП =

1 ^ -103-9,81 (133 +

8 ,6 +

1 0 ,8 +

1 0 ,4 + 2,7) = 1,62 МПа;

на

скорости

III

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рп ш =

 

103- 9,81 (309 +

20,1 +

13,1 +

22 +

6,2) = 3,64 МПа;

на

скорости

IV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pHlv =

1l r

103-9,81 (6 4 8 + 41,8 +

14,6 +

31 +

13) = 7,34

МПа;

7. Давление на забое скважины

 

 

 

 

 

 

 

Р3 == ~Т(угРж8(Н +

+ + ^з). МПа,

 

 

 

 

 

 

(Х.6)

где Н — глубина скважины,

м.

 

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (Х .6)

имеем р3 при работе агрегата:

 

 

на

скорости

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рз1 =

J _

ю 3.9,81 (2000+

4 ,1 2 +

7,8) =

19,7

МПа;

 

на

скорости

I I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рз П = - 1 г

Ю3-9,81 (2000 +

8,6 +

10,8) =

19,8

МПа;

 

на

скорости

III

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р3in =

-jjjir 103 - 9,81 (2000 +

20,1 +

13,1) =

19,9

МПа;

 

на

скорости

IV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р3,v =

1 i r

103- 9,81 (2000 +

41,8 +

14,6) = 20,15

МПа.

 

196

8.

Мощность, необходимая для

промывки песчаной пробки,

определяется по формуле

 

M = /7„Q/103ria, кВт,

(Х.7)

где т)а =

0,65 — общий механический

к. п. д. агрегата.

Пользуясь формулой (Х .7), получим N (в кВт) при работе агре­ гата:

на скорости I

М, = 0,796- 10е-3 ,1 6 -10-3/103-0,65 = 3,87;

на скорости II

Nu = 1,62 -106-4,61 10_3/103-0,65 = 11,5;

на скорости III

Nul = 3,64-106 - 7,01 ■10-3/Ю3 * 0,65 = 39,2;

на скорости IV

N lW= 7,3 4 -106- 10,15-10~3/103-0,65 = 114,6.

Агрегат АзИНМАШ-35 имеет максимальную мощность дви­ гателя 110 кВт, а поэтому работа его на IV скорости невозможна (прил. 17).

Коэффициент использования максимальной мощности промывоч­ ного агрегата К определяется из соотношения

Я = - т Д - Ю 0 ,% .

(Х .8)

'V m a x

 

 

По формуле

(Х .8) имеем величину К при работе агрегата:

на скорости

I

 

/С' = - Ш ' 100 =

3’5% ;

на скорости

II

 

К „ = 4 т г 1°0 =

10,4 %;

на скорости

III

 

К т = -^ £ -1 0 0 = 35,6% .

10. Скорость подъема размытого песка vn определяется как

разность скоростей

 

 

Vn = VB— VKp.

 

(х -9)

По формуле (Х.9) имеем vn при работе агрегата:

на скорости

I

 

 

ип1 = 0 ,2 7 6

- 0 ,0 9 5 =

0,181

м/с;

на скорости

II

 

 

vn Ц = 0,399 — 0,095 =

0,304

м/с;

197

на скорости III

vn ш = 0,610 — 0,095 = 0,515 м/с.

11. Продолжительность подъема размытой пробки после про­ мывки ее каждым коленом до появления чистой воды определяется по формуле

t = H/vn.

(Х.10)

По формуле (Х.10) имеем t при работе агрегата: на скорости I

/ ,= 2000/0,181 = 11 050 с = 3 ч 18 мин;

на скорости II

tn = 2000/0,304 = 6590 с = 1 ч 50 мин;

на скорости III

£1И = 2000/0,515 = 3890 с = 1 ч 6 мин.

12. Размывающая сила струи жидкости. Силу удара струи про­ мывочной жидкости можно определить по следующей формуле:

Р = 2-102- ^

, кПа,

(Х.11)

/ V *

 

 

 

где Q — подача

агрегата, л/с;

/ц — площадь поперечного

сече­

ния струи жидкости, нагнетаемой в скважину, см2; F — площадь

проходного сечения эксплуатационной колонны, см2. В

нашей

задаче эти величины равны:

/ц = 30,2 см2 (для 73-мм колонны);

F = 177 см2 (для 168-мм колонны).

Следовательно, по формуле (Х.11) имеем силу струи Р при ра­ боте агрегата:

на скорости I

Р, = 2 ■10г -3 16;77. = 0,374 кПа;

на скорости II

P „ = 2 - 1 0 8-3t/-61177 = 0,796 кПа;

на скорости III

Р ,„ = 2 - Ю г зо^ 01177 = 1 '84 кПа'

Обратная промывка водой

1. Потери напора на гидравлические сопротивления при дви­ жении жидкости в кольцевом пространстве между 168-мм и 73-мм трубами определяются по формуле

h\

н

(Х.12)

D — dn 2g

 

 

198

По формуле (Х.12) имеем при работе подъемника: на скорости I

и

п п о

л

2000

0 .2 7 6 2

о

к ц

0 ,0 3

4 0

15 — 0,0 73

2 -9 ,8 1

М В 0 Д ‘ С Т”

на

скорости

II

 

 

 

 

 

 

 

и

=

л по л

Q -jj

2000

0,3992

п

 

 

п — 0,034 015

 

_

0 073

2-9,81

“ ^

М В0Д> СТ-

на

скорости

III

 

 

 

 

 

 

 

.

 

п Л 0 /1

 

 

2000

0 ,6 1 2

1 с о

М В0Д‘ СТ,)

 

ill — 0,0340 1 5 _

0 073

2-9,81

— ^ .8

 

ш =

4

Q —j-p

 

 

 

 

 

 

 

на

скорости

IV

 

 

 

 

 

 

 

и

 

а пол

 

 

2000

0,882

ог Л

м вод. ст.

^I I V — 0,034015

_

0 073

2-9,81

— Зо,0

2. Потери напора на гидравлические сопротивления при дви­ жении смеси жидкости с песком в 73-мм трубах определяются по формуле

Л

н

« в

(Х.13)

4 “ ^

<f„

2g ’

где vB— скорость восходящего потока равна

ин при прямой про­

мывке, а потому в расчётах используют скорости, найденные ранее по табл. Х .2.

Пользуясь формулой (Х .13), определим h2 при работе подъемника:

на скорости

I

 

 

 

 

 

 

 

1

1 А

А А О С

2000

1, 0482

 

г

м

вод.

ст.;

h2l =

1 , 2 - 0 , 0 3 5 2 9 81 =

75,6

на скорости

II

 

 

 

 

 

 

 

1

1 о

а

а о с

2000

1, 522

 

1 с г ,

м

вод-

ст;

h2U =

1,2-0,035-QQgg-

2-9,81' =

160

на скорости

III

 

 

 

 

 

 

 

,

1 А

а

а о с

2000

2, 322

=

Q71

м В°Д-

ст*;

h2 ui =

1,2 • 0,035-Q-Q02~

2-9,'8~

371

на скорости

IV

 

 

 

 

 

 

 

,

, А

А

А О С

2000

3, 362

=

778

м

вод. ст.3

IV =

1,2-0,035

д-щ -

2,э_81

3. Потери напора на уравновешивание разности плотностей жидкостей в промывочных трубах и кольцевом пространстве опре­ деляются по формуле (Х.З), в которую вместо f подставляют

/ц = 30,2 см2 — площадь внутреннего сечения 73-мм труб.

199

Следовательно, по формуле (Х.З) имеем h3 при работе подъем­ ника:

на скорости I

и

( 1 — 0,3) 177 -12

Г

2600

/ .

9 ,5

\

 

. 1

е _

-

 

 

 

Л з !

 

30>2

[ '1 0 0 0

( }

1 0 4 , 8 /

 

1 J

— 6 7 , 5

м ВОД. с т . ,

на

скорости

II

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

(1 — 0,3) 177-12 Г 2600

/ л

9,5 \

Л

 

л

 

 

 

 

 

------ Щ2--------[ i w

i 1

- 1 6 2 - ) -

Ч

= 7 1 '°

М

В0Д-

СТ"

на скорости

III

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

( 1 — 0,3) 177 -12

Г 2600

/ .

9,5

\

,

1

 

с

 

 

 

h 3 i n

30,2

[

1000

(

232

/

 

J

 

м

 

ВОД.

СТ.,

на

скорости

IV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ 3 lV

30,2

[

1000

{ }

336

/

Д

 

м

 

вод<

с т -

4.

Гидравлические потери давления в шланге и вертлюге при

обратной промывке обычно отсутствуют или ничтожно

малы.

5. Потери давления на гидравлические сопротивления в на­

гнетательной

линии будут такие же, как и при прямой промывке:

на

скорости

I ha =

 

1,3

м вод. ст.;

на

скорости II he = 2,7;

на скорости

III

he =

6,2

и

на

скорости

IV

he = 13

м

вод. ст.

6.

Давление на выкиде насоса, определяемое

по

формуле

(Х .5),

при работе:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на

скорости

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р» 1 =

Ю3- 9,81 (3,4 +

75,6 + 67,5 +

1,3) =

1,45 МПа;

 

на скорости II

Р„п = 1 5 «- Ю3-9,81 (7,2 + 160 + 71 + 2,7) = 2,36 МПа;

на скорости III

Рнш = Ю3-9,81 (16,8 + 371 + 73,5 + 6,2) = 4,58 МПа;

на скорости IV

рИJV = - ± г 103- 9,81 (35 + 778 + 75,4 + 13) = 8,83 МПа.

7. Давление на забое скважины вычислим по формуле (Х.6) при работе:

на скорости I

p3i = - L - Ю3-9,81 (2000 + 75,6 + 67,5) = 21 МПа;

на скорости II

Рз п = -jyr 103-9,81 (2000 - f 160 + 71) = 21,9 МПа;

200