Расчет теплового и механического взаимодействия скважины с мерзлыми и оттаивающими породами.

Тепловое взаимодействие.

Расчет радиуса оттаивания вокруг скважины осуществляется по формуле:

(4.1)

где радиус цементного кольца вокруг скважины и радиус оттаивания мерзлых пород, считая от оси скважины, м; безразмерный параметр, определяемый по номограмме на рис. 4.8 в зависимости от безразмерных параметров

(4.2) (4.3) (4.4)

где коэффициент теплопроводности породы вокруг скважины в талом и мерзлом состоянии, Вт/м.⁰С; температура, соответственно, флюида, оттаивания породы, начальная температура породы, ⁰С; время работы скважины, ч; внутреннее термическое сопротивление между флюидом и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны труб, вычисляемое по формуле (4.5), м^{2 0}С/Вт; удельная теплота, поглощаемая при оттаивании мерзлой породы, определяемая по формуле (4.6), Вт.ч/м³.

Рис. 4.8 Номограмма для расчета радиуса оттаивания мерзлой породы вокруг скважины.

(4.5)

где коэффициент конвективного теплообмена между флюидом и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны труб, принимается для нефти равным 116 Вт/(м^{2 0}C), для газа – 25 Вт/(м^{2 0}C); коэффициент теплопроводности цементного кольца, Вт/(м.⁰С); внутренний радиус труб эксплуатационной колонны, м. При наличии теплоизоляции вокруг лифтовой трубы и конвективной щели между эксплуатационной колонной и внешней поверхностью кольцевой изоляции (рис. 4.9) формула (4.5) переписывается:

(4.5)¹

где радиус лифтовой трубы и внешний радиус кольцевой теплоизоляции вокруг лифтовой трубы, м; теплопроводность теплоизоляции, Вт/(м.⁰С); эффективный коэффициент теплопроводности при замене конвективной теплопередачи на кондуктивную, принимается равным 0.75 Вт/(м.⁰С).

(4.6)

где удельная теплота таяния льда, 94.8 Вт.ч/кг; плотность породы в мерзлом состоянии, кг/м³; суммарная влажность породы и количество в ней незамерзшей воды, д.е.; С – поправка на теплоемкость породы, вычисляется по формуле (4.7).

(4.7)

где теплоемкость породы в талом и мерзлом состоянии, Вт.ч/(м^{3 0}С).

Расчет времени обратного промерзания оттаявшей вокруг скважины мерзлой породы производится по формуле:

, (4.8)

где .

rc

1

Рис. 4.9 Эксплуатационная газовая скважина на Бованенковском месторождении.

Условные обозначения

№	Название колонны	Dн/Dв мм	Dц мм	Глуби- на, м
1	Направле- ние	426/402	490	130
2	Кондуктор	324/300	394	450
3	Эксплоатац колонна	245/214	244	1450
4	Кольцевая теплоизол	168/144		250
5	Лифтовая труба	114/100		1400

rp

2

rins

rlp

3

4

5

Нижняя

граница ММП

Цементный

камень

Продуктовый пласт

Механическое взаимодействие.

Расчет суммарной осадки породы , оттаявшей вокруг скважины вычисляется по формуле:

(4.9)

где относительная просадка i-го слоя породы в д.е., зависит от льдосодержания и определяется по табл. 1.16; мощность i-го слоя, м; число слоев в пределах всей мерзлой толщи.

Расчет объема провала возле скважины, обусловленного оттаиванием мерзлой породы, определяется по формуле:

(4.10)

Расчет глубины воронки. В результате оттаивания мерзлой породы вокруг скважины образуется конусообразная воронка с радиусом у дневной поверхности, равным радиусу оттаивания первого от поверхности слоя, и глубиной (в м), вычисляемой по формуле:

(4.11)

Расчет наружных зазоров-провалов в м за цементным кольцом вычисляют по формуле:

(4.12)

где радиус оттаивания породы и радиус зазоров-провалов в i-ом слое, м.

Ключевые слова: классификация скважин, конструкция, направления, способы обеспечения устойчивости направлений.

Контрольные вопросы.

1. Как классифицируются скважины ?

2. Из каких колонн труб состоит эксплуатационная скважина ?

3. Как осуществляется вскрытие продуктового пласта ?

4. Какие существуют способы подъема флюида на поверхность ?

5. Чем опасна остановка скважины в криолитозоне ?

6. Что понимается под направлением ?

7. Как обеспечивается устойчивость направлений скважин ?

8. Что представляет собой аккумулятор холода и для чего он служит ?