16. Фонтанная эксплуатация скважин. Условия фонтанирования. Минимальное забойное давление фонтанирования.

Под фонтанной эксплуатацией понимается такой способ подъема продукции скважины от забоя на дневную поверхность, при котором располагаемая энергия на забое W_ЗАБ больше или равна энергии, расходуемой на преодоление различных сопротивлений W_С на всей длине скважины в процессе подъема, т.е. W_ЗАБ > Wc.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Условия естественного оптимального фонтанирования

Под естественным оптимальным фонтанированием понимают подъем продукции под действием природной энергии при работе подъемника на оптимальном режиме.

Потенциальная энергия 1 м³ продукции (нефти), находящейся на забое скважины при давлении Р_заб, равна: [Дж]. (7.6)

При подъеме продукции в скважине энергия расходуется на преодоление различных сопротивлений. [Дж]. (7.7)

Если в 1 м³ продукции (нефти) растворено G₀ м³ газа, то этот газ начинает выделяться при Р=Рнас, а его энергия такова:, (7.8) где G – количество выделившегося из 1 м³ нефти свободного газа при изменении давления от Р_нас до Р_у . Рассматривая процесс подъема продукции неизотермическим, распределение температуры в подъемнике можно записать Т = Т_у + к (Р – Р_у) ,(7.9) где Т_у, Р_у – температура и давление на устье скважины, К, МПа,

к – эмпирический числовой размерный коэффициент, К/МПа, Р – давление, (Р≥Р_у), МПа.

Принимая уравнение состояния реального газа, запишем: (7.10) или с учетом эмпирического закона распределения температуры (7.9):, (7.11)

где z – коэффициент сверхсжимаемости реального газа.При фонтанной эксплуатации, этот коэффициент изменяется в небольших пределах и можно принять z=const.

Тогда энергию газа в соответствии с (7.8) и (7.11) можно записать в таком виде:

. (7.12)

потенциальная энергия 1 м³ продукции скважины равна:

(7.13)

В соответствии с Р_заб = Р_нас. (7.14)

Максимальное использование энергии выделяющегося газа, когда коэффициент естественной сепарации свободного газа у башмака фонтанного лифта σ_ф равен нулю. Это возможно при соблюдении условия (7.14). С учетом (7.14) перепишем (7.13) в виде: . (7.15)

Энергия, расходуемая на подъем 1 м³ нефти на дневную поверхность при работе подъемника на оптимальном режиме такова:

, (7.16)

где R_{0 опт} – потребный удельный расход газа на оптимальном режиме.

Для расчета R_0опт академиком А.П. Крыловым рекомендуется зависимость:

, (7.17) где Н_б – глубина спуска Естественное оптимальное фонтанирование возможно при соблюдении следующего условия:W₁ ≥ W₂. (7.20)

Используя выражения (7.15) и (7.16), условие (7.20) перепишем в виде:

. (7.21)

выражение (7.21) может существовать при условии G₀ – R_{0 опт} = 0 илиG₀ = R_{0 опт}. (7.22)

В рассматриваемом случае давление в подъемнике изменяется от Р_нас до Р_у (Р_у> Р₀) и из нефти выделяется не весь растворенный весь газ, а его определенная часть. Ту часть газа, которая выделяется в подъемнике при снижении давления от Р_нас до Р_у будем называть эффективно действующим газовым фактором G_{0 эф}: G_{0 эф} = G₀ - α Р, (7.23) где α – коэффициент растворимости газа в нефти, м³/(м³ МПа ).

Принимая среднее давление в подъемнике,(7.24)

.(7.25) Если продукция скважины обводнена и обводненность составляет В, то .(7.26)

Подставляя в (7.22) вместо G₀ эффективно действующий газовый фактор из выражения (7.26), а также учитывая (7.17), получим:

. (7.27)

Выражение (7.27) является условием естественного оптимального фонтанирования скважины.

Минимальное забойное давление

Нередко фонтанные скважины эксплуатируются при забойном давлении, большем давления насыщения. В этих случаях, а также при проектировании способов эксплуатации скважин необходимо рассчитывать минимальное забойное давление фонтанирования.

Процесс фонтанирования за счет растворенного газа, выделяющегося из нефти, возможен при соотношении удельного объема свободного газа в подъемнике (названного эффективно действующим газовым фактором G_эф) и удельного объема газа, потребного для работы подъемника на оптимальном режиме R_опт: G_эф ≥ R_опт . (7.58)

В реальных условиях процесс фонтанирования, можно осуществить следующим образом:

Р_заб < Р_нас, (7.59) или Р_заб ≥ Р_нас. (7.60)

1. Для случая (7.59) минимальное забойное давление находится из формулы условия фонтанирования:

2. Случай, когда забойное давление выше или равно давлению насыщения – условие (7.60);башмак фонтанного подъемника спускают на глубину Н_{б макс}, соответствующую давлению насыщения Р_нас (в этом случае коэффициент естественной сепарации свободного газа может быть принят нулевым σ_ф = 0).

Воспользуемся схемой, приведенной на рис. 7.1б. Запишем следующее выражение:

, (7.66)где - средняя плотность жидкости в интервале «забой-прием (башмак)», кг/м³. В этом случае пренебрегается потерями на трение при движении продукции в интервале «забой-прием».

Точное выражение можно записать так:

, где Р_тр – потери на трение

Далее находится и подставляется в формулу (7.66) и далее записывается окончательная формула для :