книги / Решение практических задач при бурении и освоении скважин

Рис. 6.5. Вызов притока из пласта методом воздушной подушки:

а - нагнетание воздуха компрессором; б — закачивание воды на воздушную подушку насосом; L — эксплуатационная колонна; 2 — НКТ; 3 — воздух, нагнетаемы й ком прес­ сором; 4 - устьевая арматура; 5 - обратный клапан; 6 - компрессор; ? - насосный агрегат; 8 — вода, заполнявшая скваж ину до начала нагнетания воздуха; 9 — продуктив­ ный пласт; 10 — воздушная подушка; 11 - вода, закачанная на воздушную подушку.

ный объем воды (в зависимости от запланированной глубины снижения уровня). Воду закачивают с такой скоростью, что­ бы пузырьки воздуха не могли перемещаться вверх и накап­ ливаться в затрубном пространстве около устья скважины. К моменту прекращения нагнетания воды ее столб над воздуш­ ной подушкой достигает высоты Нв. Суммарная высота столба жидкости и столба сжатого воздуха должна быть больше глу­ бины снижения уровня в скважине, необходимого для полу­ чения притока из продуктивного пласта. После прекращения подачи воды затрубное пространство на устье быстро соеди­ няют с атмосферой, и жидкость, содержащаяся над воздушной подушкой, под действием энергии сжатого воздуха выбрасыва­ ется из скважины.

Глубину снижения уровня жидкости в скважине, изменя­ ющуюся в диапазоне от 400 до 1600 м, можно определить из табл. 6.6 по заданному максимальному давлению, создаваемо­ му компрессором, и количеству воды, нагнетаемому в кольце­

вое пространство.

Если условия вызова притока отличаются от приведенных в табл. (6.6), то используют формулу

461

где кВ11 — эмпирический коэффициент, квп = 0,8; Н„ — высота столба воды, поступившей в затрубное простран­ ство; — высота воздушной подушки; рк- давление воздуха в кольцевом пространстве (на выходе из компрессора} перед нагнетанием воды; S —площадь сечения кольцевого простран­ ства; р — плотность воды; S)IKT — площадь проходного сече­ ния колонны НКТ.

Т а б л и ц а 6.6

Соотношение между глубиной снижения уровня жидкости в скважине, давлением воздуха в кольцевом пространстве и количеством закачанной воды

Уровень жидкости над воздушной подушкой определяет­ ся объемом закачанной жидкости VBи площадью внутренне­ го сечения колонны S:

Высота воздушной подушки зависит от давления воздуха в кольцевом пространстве перед нагнетанием воды:

Для того чтобы пузырьки воздуха не могли двигаться на­ встречу потоку, производительность насоса во время нагнета­ ния воды должна удовлетворять следующему условию:

где [co]min —минимальная скорость воды, предотвращающая направление вверх движения пузырьков воздуха в затрубном пространстве, [co]min = 0,4 м/с.

Если необходимая глубина снижения уровня воды в сква-

462

жине известна, то соотношение между значениями Ни и Нвп можно определить по формулам:

B+ jB 2+4PllgC

(6.78)

2рj,g

где SK— площадь внутреннего сечения колонны. Коэффициенты В и С, которые входят в уравнение (6.78),

определяют по формулам:

6.3.5. ВЫЗОВ ПРИТОКА ИЗ ПЛАСТА ПРИ ПОМОЩИ ПУСКОВЫХ КЛАПАНОВ

(... with the help of starting valves)

Согласно этому методу притока в скважину до­ стигают путем снижения уровня жидкости в трубах за счет ее аэрации и последующего выброса. Перед пуском в скважину на колонне НКТ размещают в предварительно рассчитанных местах специальные пусковые клапаны. Используя компрес­ сорный агрегат, в затрубное пространство нагнетают воздух и снижают уровень жидкости. Если уровень жидкости в затрубном пространстве будет ниже уровня размещения клапана на колонне НКТ, то при его открытии воздух из затрубного про­ странства поступит в колонну и вытеснит жидкость, находя­ щуюся над клапаном.

В случае применения нескольких пусковых клапанов пос­ ле первого выброса жидкости отверстие в первом клапане пе­ рекрывают (например, при помощи канатной техники), а уро­ вень жидкости в затрубном пространстве понижают до уровня размещения следующего клапана.

Число пусковых клапанов зависит от значения депрессии, которую необходимо получить для вызова притока пластовой жидкости.

Расстояние от устья скважины до места размещения пер­ вого клапана:

463

где hCT — расстояние от устья скважины до статическо­ го уровня в скважине, pmun —давление на выходе компрессора, Па; рг —плотность газа (воздуха), нагнетаемого в затрубное про­ странство, кг/м3; рит — атмосферное давление, Па; ДL — раз­ ность между расчетным и фактическим уровнями размеще­ ния клапана, м.

Клапан следует крепить на 20—25 м выше рассчитанного уровня. Если клапан и распределение сред пребывают на од­ ном уровне, то давления в затрубном пространстве и НКТ бу­ дут одинаковыми, вследствие чего воздух не будет проходить через клапан.

Второй сверху клапан размещают на глубине:

h ------ —--AL. (6.82)

Р1'Ркимч Рот )

Формулу (6.82) используют также для определения глубины размещения следующего клапана. Глубина размещения ниж­ него клапана не должна быть меньше, чем уровень, обеспечи­ вающий вызов притока в скважину. При определении уровня размещения клапанов уровень жидкости, содействующий при­ току в скважину, может быть задан непосредственно либо че­ рез депрессию на пласт, которую необходимо создать:

гдерт — пластовое давление; Ар —депрессия на пласт, обес­ печивающая вызов притока в скважину.

6.3.6. РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ВЫЗОВА ПРИТОКА ПРИ ПОМОЩИ СТРУЙНЫХ АППАРАТОВ

(...with the help ofjet unit)

Вызов притока при помощи струйных аппаратов обеспечивают путем снижения давления в подпакерной зоне до размеров, меньших гидростатического. Это значение следу­ ет поддерживать на протяжении запланированного времени.

Известно, что в струйных аппаратах происходят смешение и обмен энергии двух потоков с разными давлениями, в ре­ зультате чего образуется смешанный поток с переменным дав­ лением. Поток, соединяющийся с рабочим потоком из камеры

464

низкого давления, называется инжектированным. В струйных аппаратах происходит превращение потенциальной энергии потока в кинетическую, которая частично передается инжек­ тированному потоку.

Во время протекания через струйный аппарат выравнива­ ются скорости потоков и снова происходит превращение кине­ тической энергии смешанного потока в потенциальную.

Основные элементы струйного аппарата (рис. 6.6) —соп­ ло (рабочая насадка) и приемная камера с диффузором.

Рис. 6.6. Схема струйного аппарата:

1 — рабочая насадка; 2 — приемная камера с диффузором.

жектированный поток (пластовая жидкость) по всасывающей линии направляется в камеру смешения аппарата, где смеши­ вается с рабочим потоком. «Всасывающая» линия образована находящейся ниже аппарата колонной труб.

В процессе расчета режима работы струйного аппарата ис­ пользуют его безразмерную характеристику, полученную на основании применения закона сохранения количества движе­ ния в характерных сечениях струйного насоса:

где &рс —разница давлений смешанного и инжектирован­ ного потоков; Арр — разница давлений рабочего и инжекти­ рованного потоков; fp, f — площадь соответственно рабочего сопла на выходе потока и камеры смешения; рр, ри, рс — плот­ ность соответственно рабочего, инжектированного и смешан­ ного потоков; U —коэффициент инжекции.

Соотношение перепадов давлений Арс/Арр называют отно­ сительным напором струйного аппарата:

где рс, р„, рр — статическое давление соответственно сме­ шанного, инжектированного и рабочего потоков.

Коэффициент инжекции определяют из выражения:

Необходимого снижения давления на пласт достигают пу­ тем регулирования давления рабочей жидкости насосными аг­ регатами с учетом коэффициента инжекции.

Значение статических давлений рассчитывают по уравнениям:

ра — давление в выкидной линии поверхностного насоса; До* До** - потери давления соответственно в колонне труб и в затрубном пространстве; Н —глубина размещения струйно­ го аппарата в скважине.

Значение ри рассчитывают по ограничениям, которые на­ кладываются горно-техническими требованиями (недопусти­ мость перетока воды из ближайших горизонтов, разрушение

466

Если объем жидкости, закачанной в скважину, превышает полученное значение, значит, создается депрессия на пласт и можно вызвать приток из пласта.

Задача 14.

Рассчитать потери давления на трение в трубе круглого сечения при замене вязкопластичной жидкости (бу­ рового раствора) ньютоновской жидкостью (водой) для таких исходных данных: длина насосно-компрессорных труб 4000 м; средний внутренний диаметр трубы 0,059 м; плотность буро­ вого раствора 1600 кг/м3; вязкость воды 0,001 Па ■с; объемный расход воды: Q, = 0,004 м3/с; Q2 = 0,012 м3/с.

Решение

1. Пластическую вязкость бурового раствора определя­ ем по формуле (6.50):

Л= 0,033-10"3 1600- 0,022 = 0,0308 Па с.

2.Предельное динамическое напряжение сдвига бурового раствора находим по формуле (6.51):

х0 =8,5 10 5 1600-7 = 6,6 Па.

3. Критическая скорость движения бурового раствора в трубе по формуле (6.52):

=25^6,6/1600 =1,606 м/с.

4. Фактическая средняя скорость движения жидкости в на­ сосно-компрессорных трубах [см. (6.53)]:

6.Коэффициент, который зависит от параметра Сен-Вена­ на—Ильюшина (Jj-! = 0,39 (см. рис. 6.4).

7.Потери давления в трубе для ламинарного режима дви­ жения жидкости [см. (6.54)]:

468

8. Потери давления в трубе для турбулентного режима дви­ жения [см. (6.55}]:

9. Фактическое число Рейнольдса в процессе движения во­ ды [см. (6.57)]:

R e ^ 1’463 0-0591000 =86321,

81 0,001

4 ^89-0,059-ЮОО, 258%4.

820,001

10.Коэффициент гидравлического сопротивления X, [см. (6.58)]:

X, = 0,3164 =0,018. </86321

11. Коэффициент гидравлического сопротивления Xj [см. (6.59)]:

2(1,8lg258964 -1,52)2

12.Потери давления в трубах в процессе движения воды [см. (6.56)]:

0,81-0,018-4000-0,0042 -1000

APr.ei — = 1,388 МПа; 0,0595

Рассмотрим результаты расчетов потерь давления в колон­ не НКТ (при постоянных значениях ц = 0,0308 /7 а-с; х0 = 6,6 Па\

469

Таким образом, увеличение втрое расхода жидкости (от 0,004 до 0,012 м3/с) обусловливает возрастание потерь дав­ ления на трение в 5,87 раза (от 5,977 до 35,09 МПа).

Задача 15.

Рассчитать потери давления на трение при замене вязкопластичной жидкости (глинистого раствора) в межтрубном пространстве, образованном колонной обсадных труб с внутренним диаметром 0,126 м и НКТ с внешним диа­ метром 0,073 м. Длина колонны труб 4000 м; плотность гли­ нистого раствора 1600 кг/м3; плотность воды 1000 кг/м3; вяз­ кость 0,0308 Па • с; То = 6,6 Па; объемные расходы жидкости Q, = 0,003 м3/с и Q2 = 0,015 м3/с.

Решение.

1. Скорость движения жидкости в затрубном простран­ стве [см. (6.61)]:

4-0,003 “ 1= 3,14(0,1262 - 0,0732) = 0,36 м /с;

4-0,01565432*

- = 1,81 м/с. 1 3,14(0,1262 - 0,0732)

2. Параметры Рейнольдса для движения глинистого раство­ ра в кольцевом пространстве [см. (6.65)]:

К ,,,- ^6(0.126 - 0,073)1600 - 99М7,

3, Параметр Хедстрема:

Не =6,6-1600(0,126-0,073)2 =31269 0,03082

4. Параметры Сен-Венана—Ильюшина [см. (6.64)]:

5.Критическое число Рейнольдса [см. (6.63)]: Re^, = 2100+7,3-312600'58 = 5122.

6.В связи с тем что ReKl < ReKp и Яеж2 < ReKp, имеет место ламинарный режим движения жидкости.

470