Лекция8.

ФОНТАННЫЙ СПОСОБ ДОБЫЧИ НЕФТИ.

8.1. Условия фонтанирования скважины.

8.2. Расчет фонтанного подъемника.

8.3. Расчет процесса фонтанирования с помощью кривых распределения давления.

8.4. Исследования фонтанной скважины.

8.5. Осложнения при работе фонтанной скважины.

Фонтанирование – самопроизвольный подъем жидкости из пласта на дневную поверхность. Условия для фонтанирования возникают тогда, когда пластовое давление превышает давление столба жидкости в стволе скважины. Этот способ добычи нефти прост, экономичен, но кратковременен ввиду истощения запаса энергии в пласте.

В этом случае прибегают к восполнению запасов энергии различными методами, один из которых – закачка воды в пласт, получил наибольшее применение.

Каковы же практические задачи, которые приходится решать технологу при переводе скважины на фонтан и в процессе эксплуатации – месторождения? Задач таких много, но одной из главнейших является определение диаметра подъемника и глубины его спуска, при которых пластовая энергия будет использоваться наиболее рационально: длительное фонтанирование при максимальном для данных условий дебите скважины. Это позволит эксплуатировать скважину при наиболее высоких технико-экономических показателях.

Решение этой задачи возможно при выполнении следующих условий:

1. Получение информации о динамике забойного давления при различных дебитах скважины (по-другому, построение индикаторной кривой).

2. Получение данных о характеристике газожидкостной смеси, плотности, водосодержании, газосодержании, вязкости.

3. Получение кривой распределения давления по глубине скважины.

8.1. Условие фонтанирования скважины

Энергия, которая затрачивается на подъем жидкости с забоя скважины на дневную поверхность может быть представлена, по А.П Крылову, в виде работы для извлечения объема жидкости на высоту L. При этом, если на забое давление жидкости Р_заб, на устье –Р_у, плотность жидкости , то работа ₁ выразится таким соотношением

(8.1)

В реальной скважине мы имеем дело не с однородной жидкостью, а с газожидкостной смесью , причем газ, поступающий из пласта, выделяется из нефти и, расширяясь, совершает также работу по подъему жидкости. Поскольку по длине ствола скважины меняются и давление, и температура, количество выделившегося газа и ,следовательно, его работа в каждом конкретном интервале будет разной. Это значительно усложняет задачу, поэтому А.П Крылов упростил ее, предложив, к забою с каждым 1м³ нефти поступает «Г» м³газа, приведенных к нормальным условиям. Его работа по подъему жидкости при изотермическом расширении опишется такой формулой

(8.2)

Общее количество энергии, которое сообщается 1м³ нефти будет равно

(8.3)

Оно должно обеспечить не только подъем жидкости до устья скважины, но и создание некоторого запаса, способного переместить ее ,например, до групповой установки. Для этой цели на устье надо иметь давление Р_буф, отличающееся от Р_у на некоторую величину. Оно определяется так

(8.4)

Энергия на подъем жидкости от забоя до устья W_п равна

Ранее было установлено, что в подъеме жидкости участвует количество газа, принятое равным «Г». Для практики небезынтересно знать количество газа, обеспечивающее подъем, как максимального количества нефти, так и оптимальный объем ее.

На основании экспериментальных исследований было получено

(8.6)

В формулу введены диаметр лифта –d и глубина его спуска L, представляющие цель нашего расчета. Но поскольку мы должны подобрать условия для оптимального режима работы скважины, то это может быть достигнуто при R_опт – оптимальном количестве газа

R_опт =R_max (1-) , (8.7)

где - относительное погружение лифта

(8.8)

Подставляя (8.6) и (8.8) в (8.7), получим

(8.9)

Добиваясь наиболее полного отображения расчетом реальных скважинных условий, надо также учесть следующее:

а) плотность смеси меняется по длине лифта;

б) вместе с нефтью добывается вода, и , следовательно, часть энергии тратится на ее подъем;

в) часть газа находится в нефти в растворенном состоянии и не участвует в подъеме.

С учетом вышеназначенных положений количество газа, потребное для подъема 1м³ жидкости, должно быть большим. Обозначив его Г_эф, получим

Г_{эф } R_опт (8.10)

Давление в подъемнике принимается средним и равно:

(8.11)

Количество газа, участвующего в подъеме жидкости определяется по формуле:

, (8.12)

где а – коэффициент растворимости газа.

Для обводненной нефти количество газа уменьшится :

Г_эф=Г_гр(1-n) , (8.13)

где n – обводненность в долях единицы. И тогда

(8.14)

Уравнение (8.14) решается графоаналитическим путем, задаваясь различными значениями Г_0, d,L,P_буф, , Р_заб и n, получаем кривые Г_эф и R_опт (рис .8.1) пересекающиеся в точке А и В. Эти точки и определяют значение минимального давления фонтанирования: А-при Р_заб’ и обводненности n’, причем n’’>n’, В - при Р_заб’ и обводненности n’’.