- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ
- •1.1. Понятие о нефтяной залежи
- •1.2. Механизм использования пластовой энергии при добыче нефти
- •2. ИСТОЧНИКИ ПЛАСТОВОЙ ЭНЕРГИИ
- •2.1. Пластовые давления
- •2.1.1. Статическое давление на забое скважины
- •2.1.2. Статический уровень
- •2.1.3. Динамическое давление на забое скважины
- •2.1.4. Динамический уровень жидкости
- •2.1.5. Среднее пластовое давление
- •2.1.6. Пластовое давление в зоне нагнетания
- •2.1.7. Пластовое давление в зоне отбора
- •2.1.8. Начальное пластовое давление
- •2.1.9. Текущее пластовое давление
- •2.1.10. Приведенное давление
- •2.2. Приток жидкости к скважине
- •2.3. Режимы разработки нефтяных месторождений
- •2.4. Водонапорный режим
- •2.5. Упругий режим
- •2.6. Режим газовой шапки
- •2.7. Режим растворенного газа
- •2.8. Гравитационный режим
- •3. ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЗАЛЕЖЬ НЕФТИ
- •3.1. Цели и методы воздействия
- •3.2. Технология поддержания пластового давления закачкой воды
- •3.2.1. Размещение скважин
- •3.3. Основные характеристики поддержания пластового давления закачкой воды
- •3.4. Водоснабжение систем ППД
- •3.5. Техника поддержания давления закачкой воды
- •3.5.1. Водозаборы
- •3.5.2. Насосные станции первого подъема
- •3.5.3. Буферные емкости
- •3.5.4.Станции второго подъема
- •3.6. Оборудование кустовых насосных станций
- •3.7. Технология и техника использования глубинных вод для ППД
- •3.8. Поддержание пластового давления закачкой газа
- •3.9. Методы теплового воздействия на пласт
- •3.10. Техника закачки теплоносителя в пласт
- •3.11. Внутрипластовое горение
- •4. ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ
- •4.1. Конструкция оборудования забоев скважин
- •4.2. Приток жидкости к перфорированной скважине
- •4.3. Техника перфорации скважин
- •4.4. Пескоструйная перфорация
- •4.5. Методы освоения нефтяных скважин
- •4.6. Передвижные компрессорные установки
- •4.7. Освоение нагнетательных скважин
- •5. МЕТОДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ СКВАЖИНЫ
- •5.1. Назначение методов и их общая характеристика
- •5.2. Обработка скважин соляной кислотой
- •5.3. Термокислотные обработки
- •5.4. Поинтервальная или ступенчатая СКО
- •5.5. Кислотные обработки терригенных коллекторов
- •5.6. Техника и технология кислотных обработок скважин
- •5.7. Гидравлический разрыв пласта
- •5.8. Осуществление гидравлического разрыва
- •5.9. Техника для гидроразрыва пласта
- •5.10. Тепловая обработка призабойной зоны скважины
- •5.11. Термогазохимическое воздействие на призабойную зону скважины
- •5.12. Другие методы воздействия на призабойную зону скважин
- •6. ИССЛЕДОВАНИЕ СКВАЖИН
- •6.1. Назначение и методы исследования скважин
- •6.2. Исследование скважин при установившихся режимах
- •6.3. Исследование скважин при неустановившихся режимах
- •6.4. Термодинамические исследования скважин
- •6.5. Скважинные дебитометрические исследования
- •6.6. Техника и приборы для гидродинамических исследований скважин
- •7. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОДЪЕМА ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНЕ
- •7.1. Физика процесса движения газожидкостной смеси в вертикальной трубе
- •7.1.1. Зависимость подачи жидкости от расхода газа
- •7.1.2. Зависимость положения кривых q (V) от погружения
- •7.1.3. Зависимость положения кривых q(V) от диаметра трубы
- •7.1.4. К. п. д. процесса движения ГЖС
- •7.1.5. Понятие об удельном расходе газа
- •7.1.6. Зависимость оптимальной и максимальной подач от относительного погружения
- •7.1.7. Структура потока ГЖС в вертикальной трубе
- •7.2. Уравнение баланса давлений
- •7.3. Плотность газожидкостной смеси
- •7.4. Формулы перехода
- •8. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ФОНТАННЫХ СКВАЖИН
- •8.1. Артезианское фонтанирование
- •8. 2. Фонтанирование за счет энергии газа
- •8. 3. Условие фонтанирования
- •8. 4. Расчет фонтанного подъемника
- •8. 5. Расчет процесса фонтанирования с помощью кривых распределения давления
- •8. 6. Оборудование фонтанных скважин
- •8.6.1. Колонная головка
- •8.6.2. Фонтанная арматура
- •8.6.3. Штуцеры.
- •8.6.4. Манифольды
- •8. 7. Регулирование работы фонтанных скважин
- •8. 8. Осложнения в работе фонтанных скважин и их предупреждение
- •8.8.1. Открытое фонтанирование
- •8.8.2. Предупреждение отложений парафина
- •8.8.3. Борьба с песчаными пробками
- •8.8.4. Отложение солей
- •9. ГАЗЛИФТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН
- •9.1. Общие принципы газлифтной эксплуатации
- •9.2. Конструкции газлифтных подъемников
- •9.3. Пуск газлифтной скважины в эксплуатацию (пусковое давление)
- •9.4. Методы снижения пусковых давлений
- •9.4.1. Применение специальных пусковых компрессоров
- •9.4.2. Последовательный допуск труб
- •9.4.3. Переключение работы подъемника с кольцевой системы на центральную
- •9.4.4. Задавка жидкости в пласт
- •9.4.5. Применение пусковых отверстий
- •9.5. Газлифтные клапаны
- •9.6. Принципы размещения клапанов
- •9.7. Принципы расчета режима работы газлифта
- •9.8. Оборудование газлифтных скважин
- •9.9. Системы газоснабжения и газораспределения
- •9.10. Периодический газлифт
- •9.11. Исследование газлифтных скважин
- •10. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН ШТАНГОВЫМИ НАСОСАМИ
- •10.2. Подача штангового скважинного насоса и коэффициент подачи
- •10.3. Факторы, снижающие подачу ШСН
- •10.3.1. Влияние газа
- •10.3.2. Влияние потери хода плунжера
- •10.3.3. Влияние утечек
- •10.3.4. Влияние усадки жидкости
- •10.3.5. Нагрузки, действующие на штанги, и их влияние на ход плунжера
- •10.4. Оборудование штанговых насосных скважин
- •10.4.1. Штанговые скважинные насосы
- •10.4.2. Штанги
- •10.4.3. Насосные трубы
- •10.4.4. Оборудование устья скважины
- •10.4.5. Канатная подвеска
- •10.4.6. Штанговращатель
- •10.4.7. Станки-качалки (СК)
- •10.5. Исследование скважин, оборудованных штанговыми насосными установками
- •10.5.1. Эхолот
- •10.5.2. Динамометрия ШСНУ
- •10.5.3. Динамограмма и ее интерпретация
- •10.6. Эксплуатация скважин штанговыми насосами в осложненных условиях
- •11. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН ПОГРУЖНЫМИ ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ ЭЛЕКТРОНАСОСАМИ
- •11.1. Общая схема установки погружного центробежного электронасоса
- •11.2. Погружной насосный агрегат
- •11.3. Элементы электрооборудования установки
- •11.4. Установка ПЦЭН специального назначения
- •11.5. Определение глубины подвески ПЦЭН
- •11.6. Определение глубины подвески ПЦЭН c помощью кривых распределения давления
- •12. ГИДРОПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ
- •12.1. Принцип действия гидропоршневого насоса
- •12.2. Подача ГПН и рабочее давление
- •13. ПОГРУЖНЫЕ ВИНТОВЫЕ НАСОСЫ
- •14. РАЗДЕЛЬНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПЛАСТОВ ОДНОЙ СКВАЖИНОЙ
- •14.1. Общие принципы
- •14.2. Некоторые схемы оборудования скважин для раздельной эксплуатации пластов
- •14.3. Раздельная закачка воды в два пласта через одну скважину
- •15. РЕМОНТ СКВАЖИН
- •15.1. Общие положения
- •15.2. Подъемные сооружения и механизмы для ремонта скважин
- •15.3. Технология текущего ремонта скважин
- •15.4. Капитальный ремонт скважин
- •15.5. Новая технология ремонтных работ на скважинах
- •15.6. Ликвидация скважин
- •16. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
- •16.1. Особенности конструкций газовых скважин
- •16.2. Оборудование устья газовой скважины
- •16.3. Подземное оборудование ствола газовых скважин при добыче природного газа различного состава
- •16.4. Оборудование забоя газовых скважин
- •16.5. Расчет внутреннего диаметра и глубины спуска колонны НКТ в скважину
- •16.5.1. Определение внутреннего диаметра колонны НКТ
- •16.5.2. Определение глубины спуска колонны НКТ в скважину
- •16.6. Способы и оборудование для удаления жидкости с забоя газовых и газоконденсатных скважин
- •16.7. Одновременная раздельная эксплуатация двух газовых пластов одной скважиной
- •СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ЗКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
этих условиях скважина бурится до подошвы продуктивного комплекса, обсаживается обсадной колонной и цементируется до устья. Скважина и пласт сообщаются между собой при помощи перфорации того или иного вида. Если через перфорационные каналы в скважину выносится песок, то в нее можно спускать фильтры, собранные на поверхности.
16.5. Расчет внутреннего диаметра и глубины спуска колонны НКТ в скважину
Колонну НКТ спускают в скважину для: 1) предохранения эксплуатационной обсадной колонны от абразивного воздействия твердых взвесей и коррозионных агентов (Н2S, СО2, кислот жирного ряда - муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной и др.), содержащихся в потоке газа; 2) контроля за условиями отбора газа на забое скважины; 3) создания необходимой скорости движения потока газа для выноса на поверхность твердых взвесей и жидкости с забоя скважины; 4) равномерной выработки газонасыщенных пластов большой толщины по всему вскрытому интервалу; 5) проведения ремонтных работ и интенсификации притока газа из пласта в скважину.
16.5.1. Определение внутреннего диаметра колонны НКТ
Определим внутренний диаметр колонны НКТ D из условия выноса с забоя на поверхность твердых частиц заданного размера d и и плотности ρч.
Силу сопротивления среды (в Н) при падении в ней твердой частицы определим по закону Ньютона
R F г |
v2 |
, |
(16.3) |
|
2 |
||||
|
|
|
где ξ - безразмерный коэффициент сопротивления среды, ξ = ξ(Rе); Rе - критерий Рейнольдса; F - площадь поперечного сечения частицы (полагая частицу сферической, имеем F = πd2/4, где d - диаметр частицы); ρг - плотность газа, кг/м3; v - скорость движения осаждающейся частицы, м/с.
Вес твердой частицы в газовой среде (в Н) выразится так:
Gd3 ч г g6 ,
Вслучае, если сила сопротивления среды R равна весу частицы в газовой среде G, получим
v0 |
4 d ч г |
|
g |
, |
(16.4) |
|
3 |
г |
|||||
|
|
|
|
При малых Rе (Rе < 500) коэффициент сопротивления среды можно выразить из закона Стокса:
Re |
24 |
|
24 |
, |
Re |
|
|||
|
|
v0 d г |
где μ - коэффициент динамической вязкости газа, Па-с. Подставив это выражение для ξ в (16.4), получим (в м/с)
v0 |
d2 |
g |
ч |
|
г |
|
, |
(16.5) |
|
|
|
|
|||||
|
|
18 |
|
|
|
|
|
В случае, если Rе > 500, ξ не зависит от Rе; ξ = 0,44. Подставив это значение ξ в (16.4), получим
409
ЗКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
v0 5,44 |
d ч г |
1 |
, |
(16.6) |
|
|
|||||
|
|
|
|
||
|
|
г |
|
|
Полагая что, ρч > ρг (например, ρч = 2500 кг/м3; ρг = 50 кг/м3), с учетом
г 0 Р Z0 Т0 ,
Z P0 Т
формулу для определения v0 можно записать в следующем виде:
v0 С |
ч d Z T |
1 |
, |
(16.7) |
|
Р |
|||||
|
|
|
|
Из формулы (16.7) следует, что v0 = V0 (d, ρч, Z, Т, P). Диаметр колонны НКТ определяется в следующем порядке. Из уравнения притока газа к скважине
Рк2 Рэ2 А Q В Q2 , |
(16.8) |
определим Pз соответствующее принятому значению Q, далее найдем t3 по формуле t3 =tн - ε·(Pк - Р3) и Z3, затем по формуле (16.7) можем определить vО. Для заданного диаметра частицы d и далее - необходимый диаметр колонны НКТ D, принимая некоторый резерв скорости для надежности выноса частицы (VОР = 1.2 vО)
D |
4 Q Zз Р0 Т0 |
1 |
, |
(16.9) |
Рэ Z0 Тз vор |
Обычно рч = 2500 кг/м3, и = 0,1 мм, и„ = 1 - 3 м/с.
При заданных диаметрах колонны НКТ D и выносимых частиц породы d изменение во времени дебита скважины Q для выноса твердых частиц с забоя скважины определяется методом итераций (последовательных приближений).
Вынос капель жидкости с забоя скважины на поверхность характеризуется тем, что размер и форма капли изменяются при изменении температуры и давления. Повышение давления в области проявления прямых процессов конденсации и испарения приводит к увеличению (сохранению) размера капли, увеличение температуры - к уменьшению размера капли в результате испарения жидкости с ее поверхности.
Сохранению размера капли способствует поверхностное натяжение σ, уменьшению размера, дроблению капли - скоростной напор. Установлено, что при данной скорости газового потока существует критический, максимальный диаметр капли, зависящий от безразмерного числа Вебера. Экспериментально определено, что максимальный диаметр жидкой частицы сохраняется до Wе = 30:
We |
|
г |
v2 d |
, |
(16.10) |
|
|
g |
|||
|
|
|
|
|
Используя результаты опытов Хинза, Тернер с соавторами получил выражение скорости, необходимой для выноса частицы жидкости движущимся потоком газа без ее дробления:
410
ЗКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
v0 |
|
30 |
|
g |
, |
|
|
|
|
|
(16.11) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
г |
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
Предположим, что σ и γг мало влияют на vО. Учитывая (16.11), запишем формулу Тернера |
|||||||||||||
v0 5,73 45 0,0455 Рэ 0,25 Рз0,5 , |
(16.12) |
||||||||||||
где v0 - в м/с, |
Р3 - забойное давление, 0,1 МПа. |
|
|||||||||||
Промысловые экспериментальные исследования показали, что коэффициент в формуле (16.12) |
|||||||||||||
следует увеличить примерно в 2 раза. С учетом этого расчетная формула имеет вид |
|||||||||||||
v0 min |
10 45 0,0455 Рэ 0,25 Рз0,5 , |
(16.13) |
|||||||||||
Определим дебит газа, при котором капли жидкости критического диаметра будут выноситься с |
|||||||||||||
забоя скважины: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Qmin |
|
D2 |
v0min |
Т |
0 |
Z |
0 |
Р |
з , |
(16.14) |
|||
4 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
Тз Р0 |
Zз |
|
Подставив это выражение в уравнение притока газа к скважине (16.8), с учетом зависимости Z = Z (P3, Т3) методом последовательных приближений определим P3 для заданного диаметра колонны НКТ и
затем v0min и Qmin.
Температуру, давление, скорость потока и фазовое состояние газожидкостного потока в скважине можно измерить прибором ТДСП-12, разработанным в УкрНИИГазе.
Во время разработки месторождения при уменьшении пластового давления диаметр колонны фонтанных труб увеличивается, колонны малого диаметра извлекаются из скважины и заменяются колоннами большего диаметра. В завершающий период разработки при отсутствии поступления воды и твердых взвесей в скважину возможна эксплуатация скважин по металлической обсадной колонне.
16.5.2. Определение глубины спуска колонны НКТ в скважину
На рис. 16.13 изображена схема положения башмака (конца) колонны фонтанных труб в скважинах Ленинградского и Вуктыльского газоконденсатных месторождений (выше кровли пласта - рис. 16.13, б в интервале перфорации - рис. 16.13, а, в). Положение башмака колонны фонтанных труб в скважине существенно влияет на: 1) отработку продуктивных горизонтов в многопластовом неоднородном по толщине пласта месторождении; 2) высоту образующейся песчано-глинистой пробки при освоении и эксплуатации скважин; 3) высоту столба жидкости (конденсата и воды) в НКТ и затрубье; 4) очередность обводнения по высоте многопластовых месторождений; 5) сопротивление потоков газа, движущихся сверху вниз и снизу вверх к башмаку колонны НКТ; 6) коэффициенты фильтрационного сопротивления А и В.
На рис. 16.14 изображен схематичный разрез многопластового месторождения, представленного пачками коллекторов различной толщины, проницаемости и пористости. При добыче газа из пласта он будет отбираться из первой и частично из второй пачек, поскольку третья и четвертая пачки перекрыты жидкой или песчано-глинистой пробкой. В первой и второй пачках будут наблюдаться наиболее
411
ЗКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
интенсивное падение давления и наиболее существенное продвижение краевой воды. В крайнем случае первая и вторая пачки могут обводниться, в то время как в нижних пачках запасы газа останутся почти начальными. Для отбора газа из третьей и четвертой пачек придется пробурить новые скважины. Очередность выработки и обводнения пачек снизу вверх в этих условиях нарушается, техникоэкономические показатели добычи газа ухудшаются.
Положение башмака колонны НКТ в скважине влияет на высоту образующейся песчано-глинистой пробки при неизменном дебите газа. В качестве примера приведем эмпирическую зависимость высоты песчано-глинистой пробки h (в м) на скважинах месторождения Газли от погружения башмака колонны НКТ относительно интервала перфорации (H - b) в скважине при Q = 860 тыс. м3/сут:
h 19,5 0,212 l , |
(16.15) |
где l = (H - b)·100 / H, %, H - толщина пласта, м; b - расстояние от нижних отверстий интервала перфорации до башмака колонны НКТ, м.
Из зависимости (16.15) следует, что максимальная высота песчаной пробки hmax = 19,5 м при l = 0 (b = H), т. е. когда башмак колонны фонтанных труб находится в кровле пласта, и h = 0 при l = 92 % (т. е. b = 8 % от Н), когда башмак колонны НКТ на 8 % от толщины пласта не доходит до нижних отверстий перфорации.
Рис. 16.13. Схема башмака колонны НКТ в скважинах Ленинградского (а) и Вуктыльского (б, в) месторождений:
а - скв. 128, М = 1,3 м; скв. 34, М = 7,6 м; скв. 31, l = 101 м; б - скв. 3, l = 357 м; в - скв. 21, l = 332 м
412
ЗКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Рис. 16.14. Схематичный разрез забоя скважины, вскрывшей неоднородный по разрезу газонасыщенный пласт:
I - IV - пачки пласта различной толщины, проницаемости и пористости; 1 - жидкостная или песчаноглинистая пробка в скважине; 2 - башмак колонны НКТ; 3, 4 - кровля и подошва пласта соответственно
Высоту столба жидкости в затрубном пространстве при эксплуатации скважины по колонне НКТ можно определить из соотношения
|
0,03415 L h |
|
|
Рзт е |
Z Т |
ж g h Рз , |
(16.16) |
где Pзт и Pз - измеряемые давления в затрубном пространстве на устье и на забое скважины соответственно; - относительная плотность затрубного газа по воздуху; Z, Т - соответственно средние по глубине скважины коэффициент сверхсжимаемости затрубного газа и абсолютная температура газа; L - глубина скважины; ρж - плотность жидкости на забое скважины; h - высота столба жидкости в затрубном пространстве.
Высоту столба жидкости в колонне НКТ h1 (в м) можно определить по уравнению Ю. П. Коротаева
h1 |
|
|
К1 |
D2 L |
, |
(16.17) |
|
4 |
Q |
К1 D2 |
|||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
где Q - расход газа в рабочих условиях (P3, T3), м3/с; K1 - экспериментальный коэффициент, К1 = 0,5 м/с; D - внутренний диаметр НКТ, м; L - длина колонны НКТ, м.
Погружение башмака колонны НКТ в скважине можно определить из условия равенства скоростей потоков газа, движущихся вниз по затрубному пространству и вверх по обсадной колонне (vв = vн).
Полагая известными дебит газа, приходящийся на единицу длины интервала перфорации в верхней и нижней частях пласта qв и qн, длины верхнего lв и нижнего (H - lв) интервалов, получим
413