8.2. Расчет фонтанного подъемника

Таким образом, мы подошли к решению задачи, стоящей перед промысловым инженером; определение диаметра насосно-компрессорных труб и глубины их спуска.

а) диаметр труб должен обеспечить прохождение через них различного технологического оборудования и приборов (скребков, манометров, дебитомеров и т.д.);

б) трубы должны обладать соответствующими прочностными характеристиками;

в) наружный диаметр НКТ должен обеспечивать возможность спуска в обсадную колонну с необходимым зазором.

А.П Крылов решил задачу для двух случаев. Задаваясь диаметром НКТ(=73мм), он определил значение максимального q_max и оптимального q_опт дебита

(8.15)

(8.16)

Здесь q_опт = q_max (1-) (8.17)

(8.18)

Здесь: Р_баш – давление у башмака НКТ; - относительное погружение НКТ.

Из формул (8.15) и (8.16) можно определить диаметр НКТ, соответствующий их максимальной или оптимальной пропускной способности

(8.19)

При проектировании режима работы фонтанной скважины надо иметь в виду следующее:

Приток жидкости из пласта тем больше, чем меньше будет давление на забое –Р_заб. В то же время пропускная способность подъемника будет тем выше, чем выше будет будет давление на забое. В процессе работы пласта и подъемника установится равновесие системы – “пласт-подъемник”.

Приток жидкости из пласта q_п описывается формулой:

q_п=K(P_п- Р_заб)ⁿ , (8.20)

где К – коэффициент продуктивности, м³/сут МПа; Р_п – пластовое давление, МПа; Р_заб- забойное давление, МПа.

Пропускная способность подъемника определяется по формуле (8.15). Поэтому необходимо стремиться к соблюдению условия q_п = q_max.

Если НКТ опущены для забоя, то Р_заб в формуле (8.20) есть забойное давление. Если НКТ выше забоя, так, что глубины скважины «Н» больше глубины спуска НКТ L(L<H), то

Р_заб=Р_баш+ (Н-L)g (8.21)

В этом случае (8.20) примет вид

Q_п=К[P_н-Р_баш-(Н-L)g]ⁿ (8.22)

Совместная работа пласта и подъемника выразится соотношением (8.23) для максимальной и (8.24) и для оптимальной пропускной способности

(8.24)

Графаналитический метод решения этих равенств приведен на рис. 8.2. При этом задавались значениями Р_n, Р_буф, Р_баш, d, K, n, .

8.3. Расчет процессам фонтанирования с помощью

кривых распределения давления

Кривые распределения давления (КРД) по лифту скважины - графические зависимости давления и глубины лифта. Располагая ими мы можем определить возможность фонтанирования скважины. Предварительно необходимо выбрать неоторые условия работы подъемника:

а) башмак НКТ находится непосредственно на забое скважины Р_заб=Р_баш;

б) башмак НКТ находится выше забоя на расстоянии а=H-L и Р_баш<Р_заб;

в) давление на забое или у башмака больше давления насыщения Р_заб=Р_баш>Р_нас;

г) давление на забое меньше давления насыщения Р_заб<Р_нас

Построение КРД можно вести, разбив глубину скважины Н на отдельные участки h (шаги), определив для каждого нижнее и верхнее значение давлений и выбрав определенный дебит скважины.

Тогда давление на устье Р_у составит

, (8.25)

где Р_i – перепад давления в интервале, n- число интервалов. Для каждого из интервалов исходное давление исходное давление у начала интервала на составляющие, Р_г – гидростатическое давление, Р_тр – потери на трение, Р_нас – давление насыщения

Р_заб=Р_г+Р_тр+Р_нас, (8.25)

где ,

С – скорость движения жидкости м/с.

(8.27)

Слагаемое в скобках знаменателя очень мало, поэтому им можно пренебречь.

Выше участка h в колонне НКТ начнет выделятся газ и в трубах будет перемещаться ГЖС.. На устье давление составит:

(8.28)

Потери давления в интервале определяют из суммы гидростатических потерь Р_г и потерь на трение Р_тр ; при известном дебите.

Если расчетное значение устьевого давления Р_у окажется меньше давления с выкидной линии Р_л фонтанирования не будет и следует увеличивать Р_у штуцированием скважины, или уменьшить Р_л(увеличить диаметр выкидной меньше, уменьшить ее длину и т.д.)

На рис.8.3.иизображена КРД, полученная расчетным путем с помощью формул (8.26),(8.27),(8.28)

Порядок построения КРД для наиболее общего случая будет выглядеть так.

Задаваемая несколькими значениями Р_заб<Р*_{заб. i}<Р_пл (Р_min – минимальное давление, ниже которого фонтанирование не возможно). Для принятых значений Р_заб по уравнению притока определяем Q_i. Затем определяем значение Р(х) для заданных диаметров НКТ и Р_заб и соответствующего дебита и по полученным данным получаем Р_у (формула 8.28).

Система данных позволяет получить серию КРД – для каждого дебита (рис.8.4.). Имея КРД , можно получить зависимость

Графики, приведенные на рис. 8.5. позволяют выбрать режим работы фонтанной скважины. Для этого на оси Р_у откладывают величину давления в закидной линии Р_л и , проектируя его на кривую2, получаем точку»а», которой на лини Р_заб соответствует точка Р_кр – критическое забойное давление. Линия АР_кр пересечет кривую 1 в точке «в», которой соответствует на оси «Q» точка «Q_кр» – критический дебит. Таким образом, подъем жидкости скважины может быть обеспечен при дебите Q=Q_кр, забойном давлении Р_заб = Р_кр, давлении выкидной линии Р=Р_л Давление устьевого Р_у ниже давления Р_л не обеспечит подъем заданного количества жидкости, т.е режим работы скважины рекомендуется в правой части графика, лежащей от линии аР_кр.