Пусковое давление

Перед пуском скважина (рис. 5) заполнена жидкостью (дегазированной нефтью, водой или другой жидкостью глушения). Уровень её в скважине соответствует пластовому давлению. Для общности рассмотрения принят двухрядный подъёмник.

Наибольшее давление газа, которое возникает при пуске, называют пусковым давлением Р_п. Давление закачки газа в процессе эксплуатации скважины называют рабочим давлением Р_р, причём Р_п > Р_р. Это обусловлено следующим:

- пуск осуществляется при статическом уровне h_ст, а работа - при динамическом h_д < h_ст (депрессия уровня Δh₀ = h_ст – h_д); соответственно погружение труб под уровень – h₁ < h;

- в подъёмных трубах уровень повышается на высоту Δh и на момент поступления газа в НКТ условное погружение составляет h + Δh > h > h₁.

Рис. 5. Схема для расчёта пуска скважины в эксплуатацию методом продавки сжатым газом (а) и изменение давления закачиваемого газа на устье во времени при пуске (б)

При пуске вытесняемая жидкость в основном перемещается в подъёмные трубы и затрубное пространство и частично поглощается пластом. Достигнув башмака подъёмных труб, газ поступает в них, и расширяясь, всплывает.

Плотность газожидкостной смеси уменьшается, уровень её повышается до устья, после чего происходит выброс части жидкости, уровень жидкости в затрубном пространстве снижается ниже h_ст, начинается приток жидкости из пласта. При достаточном расходе газа скважина выходит на рабочий режим.

В процессе снижения уровня жидкости в линии газоподачи до башмака подъёмных труб и повышения уровня смеси в подъёмных трубах до устья давление газа на устье монотонно увеличивается до наибольшего значения Р_р. При выбросе жидкости оно резко уменьшается и после нескольких колебаний, обусловленных инерционностью потоков в системе пласт - скважина, выходит на уровень Р_р при непрерывном и достаточном расходе газа. В «сухих» скважинах (отсутствие гидродинамической связи скважины с пластом, пласт непродуктивный) оно снизилось бы до значения потерь давления на трение газа (см. пунктирную линию на рис. 5, б).

При пуске скважины создается нарастающая во времени репрессия давления, достигающая значения

, (4)

где ρ - плотность скважинной жидкости;

g - ускорение свободного падения.

Под действием этой репрессии происходит поглощение жидкости пластом с расходом, который определяется продолжительностью продавки (темпом подачи газа), упругими процессами перераспределения давления в пласте и состоянием призабойной зоны (коэффициентом продуктивности). Если призабойная зона загрязнена, то в пласт уходит очень мало жидкости. Пренебрегая потерями давления на гидравлическое трение, можно записать пусковое давление у башмака подъёмных труб

(5)

Неизвестное повышение уровня Δh можно оценить из уравнения баланса (равенства) объёмов жидкости, вытесненной из кольцевого пространства V_к, перемещенной в сообщаемые с атмосферой трубное и затрубное пространства V_т и ушедшей в пласт V_пл:

(6)

откуда

(7)

где ψ_п = V_пл/V_к - коэффициент, характеризующий поглощение жидкости пластом (доля поглощенной жидкости от всей вытесненной).

Так как V_т = (F_т +F_з) · Δh, V_к =F_к h, то уравнение (7) запишем

(F_т +F_з) · Δh = F_к · h(1 – ψ_п) (8)

откуда

(9)

где F_t, F_k, F_з - площади поперечного сечения соответственно трубного, кольцевого и затрубного пространств.

Тогда пусковое давление

где - коэффициент, определяемый соотношением площадей сечений и долей поглощенной жидкости.

При центральной системе подачи газа в формуле (10) величины F_k и F_t следует поменять местами, а для однорядного подъёмника принимают F_з = 0. В формуле (10) площади часто выражают через диаметры труб. Для однорядного подъёмника неучёт толщины стенки труб вносит погрешность менее 5%.

Из анализа формулы (10) следует:

- при ψ_п > 0, то есть при частичном поглощении жидкости пластом, Р_п меньше, чем при отсутствии поглощения (ψ_п = 0);

- при ψ_п = 0 определяем Р_п с расчётным запасом; в зависимости от соотношения площадей сечений применяемых труб величина m_п может изменяться от 1,13 до 8,49, причём большие значения соответствуют однорядному подъёмнику кольцевой системы, средние - двухрядному и наименьшие - однорядному центральной системы;

- при ψ_п → 1 (полное поглощение) P_п → h· ρ·g; приблизиться к этому можно при очень медленных темпах подачи газа и соответственно большой продолжительности процесса продавки.

Продолжительность процесса продавки можно оценить отношением объёма кольцевого пространства V'_к = F_к ·L к расходу закачиваемого газа, приведенному по уравнению Менделеева - Клапейрона к давлению и температуре в скважине. В литературе имеются более точные уравнения, описывающие изменение давления закачиваемого газа во времени с учетом поглощения жидкости пластом.

Если при пуске уровень жидкости в подъёмных трубах достигнет устья раньше, чем газ подойдет до башмака подъемных труб, и начнется перелив жидкости с противодавлением на устье P₂ (например, в нефтесборную линию), то максимально возможное пусковое давление (при h +Δh = L) запишется

₍₁₁₎

Таким образом, всегда Р_п > P_{п max}.