Многофазный поток в скважинах
..pdfРедакционный совет
Главный редактор С. М. Богданчиков Ответственный редактор М. М. Хасанов
К. С. Басниев
РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, РАЕН
А. И. Владимиров
РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, РАЕН
А. Н. Дмитриевский
Институт проблем нефти и газа РАН
С. И. Кудряшов
ОАО «НК «Роснефть»
А. М. Кузнецов
ОАО «НК «Роснефть»
Н. Н. Лисовский
ЦКР Роснедра
Э. М. Халимов
ВНИГРИ, РАЕН
Вышла в свет первая книга серии:
Роберт Эрлагер мл.
Гидродинамические методы исследования скважин Перевод с английского
Оригинальное издание:
R. С. Earlougher, Jr
Advances in Well Test Analysis (SPE Monograph Series V. 5, 2003)
Готовятся к публикации:
Л. П.Дейк
Практический инжиниринг резервуаров
М. Экономидес, Р. Олни, П. Валъко
Унифицированный дизайн гидроразрыва пласта: от теории к практике
М. Уолш, Л. Лейк
Обобщенный подход в анализе первичных методов разработки месторождений углеводородов
Т Эртекин, Дж. Абу-Кассем, Г. Кинг
Основы прикладного моделирования природных резервуаров
Multiphase Flow in Wells
James P. Brill
Floyd M. Stevenson Endowed Presidential Chair in Petroleum Engineering
Executive Director, Fluid Flow Projects
U.of Tulsa and
Hemanta Mukherjee
Manager, Production Enhancement, West and South Africa
Schlumberger Oilfield Services
First Printing
Henry L.Doherty Memorial Fund of AIME
Society of Petroleum Engineers Inc.
Richardson, Texas
1999
Дж. П. Брилл, X. Мукерджи
МНОГОФАЗНЫЙ ПОТОК В СКВАЖИНАХ
Перевод с английского Ю. В. Русских
Под редакцией М. Н. Кравченко
| |
_______________________________ б и б л и о т е к а ! |
| |
Н ЕФ ТЯН О ГО И Н Ж И Н И Р И Н Г А |
Интернет-магазин |
• ф и з и к а |
|
|
• м а т е м а т и к а |
|
|
• |
б и о л о г и я |
http://shop.rcd.ru |
• |
н е ф т е г а з о в ы е |
|
т е х н о л о г и и |
|
Брилл Дж. П., Мукерджи X.
Многофазный поток в скважинах. — Москва-Ижевск: Институт компьютерных иссле дований, 2006. — 384 стр.
Оригинальное издание этой монографии входит в список книг-бестселлеров Американ ского общества инженеров-нефтяников (SPE).
гДанная монография посвящена одному из важнейших направлений нефтяного инжини ринга — прогнозированию многофазного потока в скважинах. Изучение особенностей много фазных течений представляет собой активно развивающуюся область исследований, чрезвы чайно актуальных для нефтегазового дела, нефтехимии, атомной энергетики и других важных отраслей промышленности. Книга является результатом комплексного анализа большого числа теоретических, лабораторных и промысловых исследований по этой актуальной межотраслевой проблеме с целью применения существующего опыта и технологий к задаче расчета газокон денсатного потока в нефтегазовых скважинах и трубопроводах. В систематизированном виде в книге рассмотрены различные методы прогнозирования характеристик потока в скважинах, условия их применения и возможные ограничения. В приложениях приведен обзор методов расчета физических свойств флюидов и параметров газожидкостного равновесия^
Книга будет полезна инженерно-техническим и научным работникам нефтегазовой отрас ли, а также может быть использована в процессе обучения в технических вузах, так как содер жит огромное число примеров инженерных расчетов.
ISBN 5-93972-566-Х
©Society of Petroleum Engineers Inc. (SPE), 1999
©Перевод на русский язык:
Институт компьютерных исследований, 2006
Перевод оригинального англоязычного издания на русский язык выполнен Институтом компью терных исследований с разрешения Общества инженеров-нефтяников (SPE). Ответственность за качество перевода и воспроизведения рисунков, формул, таблиц и прочих входящих в книгу материалов несет Институт компьютерных исследований.
This work was translated by the Institute of Computer Science (ICS) from the original English version with the permission of the Society of Petroleum Engineers Inc., and ICS is solely responsible for the accuracy of translation and reproduction of all text, figures, equations, tables, and other material included in this book.
http://rcd.ru & http://ics.org.ru
Посвящается
нашим женам, Мэрлин и Мите, которые ж ерт вовали своим временем, выражали удивительное понимание и терпение, а такж е постоянно под держивали нас во время написания данной м о нографии. Мы такж е благодарны нашему другу и наставнику Кермиту Брауну, который вдохно вил и помог нам вступить на этот путь.
Оглавление
От редакционного совета |
13 |
|||
От редактора русского перевода |
15 |
|||
Предисловие авторов к русскоязычному изданию |
17 |
|||
Глава 1. |
Введение |
19 |
||
1.1. |
Обзор |
|
19 |
|
1.2. |
Цели монографии |
20 |
||
1.3. |
Структура монографии |
21 |
||
1.4. |
Исторические предпосылки |
22 |
||
|
1.4.1. |
Эмпирический период (1950-75) |
22 |
|
|
1.4.2. |
Годы пробуждения (1970-85) |
23 |
|
|
1.4.3. |
Период моделирования (с 1980 г. до наших дней) |
24 |
|
|
1.4.4. |
Роль компьютеров |
25 |
|
1.5. |
Условные обозначения и единицы измерения |
26 |
||
Литература |
|
27 |
||
Глава 2. |
Однофазный поток. Основные понятия |
29 |
||
2.1. |
Введение |
29 |
||
2.2. |
Закон сохранения массы |
29 |
||
2.3. |
Закон сохранения импульса |
30 |
||
2.4. |
Уравнение градиентадавления |
30 |
||
|
2.4.1. |
Ламинарный поток |
32 |
|
|
2.4.2. |
Турбулентный поток |
32 |
|
|
2.4.3. |
Однофазный поток газа |
37 |
|
|
2.4.4. |
Вязкопластические флюиды |
41 |
|
2.5. |
Поток в затрубном пространстве |
45 |
||
|
2.5.1. |
Коэффициент трения для однофазного потока |
46 |
|
2.6. |
Закон сохранения энергии |
51 |
||
|
2.6.1. |
Теплообмен в стволе скважины |
53 |
|
|
2.6.2. |
Прогнозирование температуры |
56 |
|
Литература |
|
61 |
||
Глава 3. |
Многофазный поток. Основные понятия |
64 |
||
3.1. |
Введение |
64 |
||
3.2. |
Фазовое поведение |
65 |
||
|
3.2.1. |
Модель нелетучей нефти |
66 |
|
|
3.2.2. |
Композиционная модель |
66 |
|
|
3.2.3- |
Объемный дебит флюида |
67 |
|
3.3. |
Определение переменных |
68 |
||
|
З.З.Г |
Весовые коэффициенты |
68 |
|
|
3.3.2. |
Скорости |
69 |
|
|
3.3.3. |
Свойства флюидов |
71 |
|
3.4. |
Градиент давления |
74 |
||
3.5. |
Режимы потока . |
74 |
||
|
3.5.1. |
Классификация режимов потока в скважинах |
74 |
|
|
3.5.2. |
Классификация режимов потока в затрубном пространстве |
76 |
|
|
3.5.3. |
Смена режимов потока |
78 |
|
3.5.4. |
Прогнозирование режимов потока |
79 |
3.6. |
Объемное содержание жидкости |
79 |
|
|
3.6.1. |
Емкостные датчики |
80 |
|
3.6.2. |
Глубинный радиоизотопный плотномер |
81 |
3.7. |
Компьютерный алгоритм на основе профилядавления |
83 |
|
3.8. |
Анализ размерностей |
85 |
|
Литература |
|
86 |
|
Глава 4. Многофазный поток. Прогнозирование градиента давления |
88 |
||
4.1. |
Введение |
88 |
|
4.2. |
Прогнозирование градиента давления |
88 |
|
|
4.2.1. |
Эмпирические корреляции |
89 |
|
4.2.2. |
Механистические модели |
133 |
4.3. |
Оценка методов прогнозирования градиентадавления в стволе скважины |
156 |
|
|
4.3.1. |
Критерии сравнения |
157 |
|
4.3.2. |
Метод сравнения |
158 |
|
4.3.3. |
Обобщенная оценка |
158 |
|
4.3.4. |
Оценка моделей разных режимов потока |
160 |
4.4. |
Прогнозирование градиента давления в затрубномпространстве |
161 |
|
|
4.4.1. |
Метод Каэтано и др. |
161 |
|
4.4.2. |
Метод Хасана и Кабира |
177 |
4.5.Методы расчета объемного содержания жидкости иградиента давления в затруб
|
ном пространстве |
180 |
||
|
4.5.1. |
Метод Каэтано и др. |
180 |
|
|
4.5.2. |
Модель Хасана и Кабира |
182 |
|
4.6. |
Обобщающие выводы |
184 |
||
Литература |
|
185 |
||
Глава 5. |
Поток через ограничители и компоненты трубопровода |
190 |
||
5.1. |
Введение |
190 |
||
5.2. |
Описание ограничителей |
190 |
||
5.3. |
Поток через штуцер |
193 |
||
|
5.3.1. |
Однофазный поток жидкости |
193 |
|
|
5.3.2. |
Однофазный поток газа |
194 |
|
|
5.3.3. |
Многофазный поток |
196 |
|
5.4. |
Поток в компонентах труб |
205 |
||
Литература |
|
207 |
||
Глава 6. |
Применение принципов проектирования скважин |
209 |
||
6.1. |
Введение |
209 |
||
6.2. |
Производительность вертикального потока |
211 |
||
6.3. |
Характеристика притока |
213 |
||
|
6.3.1. |
Однофазный поток жидкости |
215 |
|
|
6.3.2. |
Индекс продуктивности скважины |
216 |
|
|
6.3.3. |
Однофазный поток газа |
217 |
|
|
6.3.4. |
Источники информации |
218 |
|
|
6.3.5. |
Граничные эффекты |
218 |
|
|
6.3.6. |
Двухфазный поток |
222 |
|
|
6.3.7. |
Переходное соотношение для дебита и забойного давления |
226 |
|
6.4. |
Анализ системы добычи |
230 |
||
6.5. |
Механизированная добыча |
242 |
||
|
6.5.1. |
Погружной насос |
243 |
|
|
6.5.2. |
Газлифт |
245 |
|
6.6. |
Заполнение жидкостью газовой скважины |
246 |
||
6.7. |
Скорость эрозии |
250 |
||
6.8. |
Особые проблемы |
|
254 |
|||
|
6.8.1. |
Вечная мсрзлота/морские разработки |
255 |
|||
|
6.8.2. |
Газовые гидраты |
|
256 |
||
Литература |
|
|
|
|
259 |
|
Приложение |
А. |
Список условных |
обозначений и коэффициенты перевода |
|
||
в систему СИ |
|
|
|
263 |
||
Приложение В. |
Свойства флюидов |
игорныхпород |
272 |
|||
В.1. |
Введение |
|
|
|
272 |
|
В.2. |
Физические свойства углеводородов |
273 |
||||
В.З. |
Корреляции для физических свойств нефти |
277 |
||||
|
В.3.1. Растворимость газа |
|
277 |
|||
|
В.3.2. Объемный коэффициент нефти идавлениенасыщения |
281 |
||||
|
В.3.3. Плотность нефти |
|
287 |
|||
|
В.3.4. Удельная плотность свободного ирастворенного газа |
288 |
||||
|
В.3.5. |
Вязкость нефти |
|
288 |
||
|
|
В.3.5.1. |
Корреляции для вязкости дегазированной нефти |
289 |
||
|
|
В.3.5.2. Вязкость насыщенной сырой нефти |
290 |
|||
|
|
В.3.5.3. |
Вязкость недонасыщенной сырой нефти |
291 |
||
|
В.3.6. |
Поверхностное натяжение |
|
292 |
||
В.4. |
Физические свойства воды |
|
293 |
|||
|
В.4.1. Плотность воды |
|
293 |
|||
|
В.4.2. |
Растворимость газа в воде |
|
294 |
||
|
ВАЗ. Объемный коэффициент воды |
295 |
||||
|
В.4.4. Вязкость воды |
|
297 |
|||
|
В.4.5. Поверхностное натяжение воды |
298 |
||||
В.5. |
Физические свойства газа |
|
299 |
|||
|
В.5.1. |
Плотность газа |
|
301 |
||
|
В.5.2. |
Коэффициент отклонения реального газа от идеального |
301 |
|||
|
В.5.3. |
Поправка для неуглеводородныхгазов |
304 |
|||
|
В.5.4. |
Объемный коэффициент газа |
304 |
|||
|
В.5.5. |
Вязкость газа |
|
304 |
||
|
В.5.6. Сжимаемость газа |
|
305 |
|||
В.6. |
Составные свойства флюидов |
|
311 |
|||
|
В.6.1. |
Общий объемный коэффициент |
311 |
|||
|
В.6.2. |
Общая сжимаемость |
|
312 |
||
В.7. |
Сравнение процессов контактного и дифференциального газовыделения |
314 |
||||
В.8. |
Энтальпия |
|
|
317 |
||
|
В.8.1. |
Сырые нефти и фракции |
|
317 |
||
|
В.8.2. |
Вода и пар |
|
323 |
||
|
В.8.3. |
Пластовые породы и минералы |
326 |
|||
В.9. |
Теплопроводность |
|
333 |
|||
|
В.9.1. |
Жидкости |
|
333 |
||
|
В.9.2. |
Газы |
|
|
333 |
|
|
В.9.3. |
Пластовые породы и другие твердые вещества |
335 |
|||
|
В.9.4. |
Температуропроводность |
|
341 |
||
|
В.9.5. |
Коэффициенты теплоотдачи |
342 |
|||
Литература |
|
|
|
|
345 |
|
Приложение С. |
Газожидкостное равновесие |
349 |
|
С. 1. |
Введение |
|
349 |
С.2. |
Константа равновесия |
349 |
|
С.З. |
Расчеты на основе концепции мгновенного газовыделения |
352 |
|
|
С.3.1. Фаза жидкости |
352 |
|
|
С.3.2. Фаза газа |
352 |
|
|
С.3.3. Алгоритм решения |
353 |
|
С.4. |
Кривые насыщения и начала конденсации |
354 |
|
С.5. |
Давление насыщения |
355 |
|
С.6. |
Давление начала конденсации |
356 |
|
С.7. |
Константы равновесия в уравнениях состояния |
356 |
|
С.8. Кубические уравнения состояния |
358 |
||
|
С.8.1. Уравнение состояния СРК |
359 |
|
|
С.8.2. Уравнение состояния ПР |
360 |
|
С.9. |
Алгоритм решения . |
361 |
|
С. 10. Плотности |
|
362 |
|
|
С. 10.1.Корреляция Хэнкинсона и Томсона |
363 |
|
С. 11. Вязкость |
|
364 |
|
|
С.11.1.Корреляция Лоренца, Брэя и Кларка |
365 |
|
С. 12. Поверхностное натяжение |
366 |
||
С. 13. Термодинамические свойства [1] |
368 |
||
Литература |
|
369 |
|
Приложение D. |
Свойства стволовой и обсадной труб |
371 |
|
Приложение к русскому переводу. Плотность нефти и число баррелей в тонне 377
Предметный указатель |
380 |