3 Фонтанный способ добычи нефти

3.1 Условия фонтанирования скважины

Подъем нефти в стволе скважины может происходить либо за счет пластовой энергии Епл, либо за счет пластовой и искус­ственно вводимой в скважину с поверхности энергий Еи В ство­ле скважины энергия расходуется на преодоление силы тяжести гидростатического столба нефти с учетом противодавления на выкиде скважины ( на устье) и сил сопротивлений, связанных с движением — путевого (гидравлическое трение), местного (рас­ширение, сужение, изменение направления потока) и инерцион­ного (ускорение движения). Эти силы вызывают соответствую­щие расходы энергии: Есм, Етр, Ем и Еин. Отсюда баланс энер­гии в работающей (подающей на поверхность нефть) скважине можно записать в виде

Епл + Еи= Есм + Етр + Ем + Еин (3.1)

В общем балансе расходы энергии на местные (Ем) сопро­тивления очень малы, поэтому ими всегда пренебрегают.

Если скважина работает за счет только пластовой энергии, которой обладает нефтяной пласт (залежь), то такой способ ее эксплуатации называют фонтанным, а само явление — фонтани­рованием. Понятно, что при фонтанном способе Еи = 0.

В зависимости от соотношения забойного р3 и устьевого р2 давлений с давлением насыщения нефти газом рн (от местопо­ложения начала выделения газа из нефти) можно выделить три вида фонтанирования и соответствующие им три типа фонтан­ных скважин.

2.1-й тип — артезианское фонтанирование: р3>рн, Р2≥Рн, то есть фонтанирование происходит за счет гидростатического напора (рис. 1, а). В скважине происходит перелив жидкости, движется негазированная (без свободного газа) жидкость (аналогично артезианским водяным скважинам). В затрубном пространстве между насосно-компрессорными (подъемными) трубами 1 и обсадной эксплуатационной колонной 2 находится жидкость, в чем можно убедиться, открыв, например, трехходовый кран под манометром, показывающим затрубное давление Рзатр- Газ выделяется из нефти за пределами скважины в выкид­ной трубе.

2.2-й тип — газлифтное фонтанирование с началом выделения газа в стволе скважины: рз≥рн, р2<рн (рис. 1, б). В пласте движется негазированная жидкость, а в скважине — газожид­костная смесь (смесь жидкости и свободного газа). При давле­нии у башмака НКТ p1≥pH в затрубном пространстве на устье находится газ и рзатр обычно небольшое (0,1—0,5 МПа). Так как р1≥рн>р2, то по мере подъема нефти давление снижается, увеличивается количество свободного газа, происходит его рас­ширение, растет газосодержание потока, то есть фонтанирование

2.3-й тип — газлифтное фонтанирование с началом выделения газа в пласте: р₃<р_н, р₂<р_н (рис. 1, в). В пласте движется; газированная жидкость, на забой и к башмаку НКТ поступает газожидкостная смесь. После начала притока основная массе газа увлекается потоком жидкости и поступает в НКТ. Часть газа отделяется (сепарируется) и поступает в затрубное пространство, где газ барботирует (всплывает) в относительно неподвижной жидкости. В затрубном пространстве накапливается газ, уровень жидкости снижается и достигает башмака НКТ. Со временем наступает стабилизация и при р₃<р_н уровень всегда устанавливается у башмака НКТ. Затрубное давление газа, как правило, высокое, почти достигает значений p₁ и р₃. При нали­чии утечек газа из затрубного пространства (через негерметич­ности в резьбовых соединениях НКТ, обсадной колонне, устье­вом оборудовании) уровень будет находиться выше башмака НКТ. Чем меньше расход и вязкость жидкости, больше расход газа у башмака, зазор между НКТ и эксплуатационной колон­ией, тем больше газа сепарируется в затрубное пространство.

Рисунок 3.1 - Типы фонтанных скважин:

а —артезианская; б — газлифтная с началом выделения газа в скважине; в — газлифтная с началом выделения газа в пласте; / — подъемные трубы; 2 — эксплуатационная колонна осуществляется по принципу работы газожидкостного подъемника.