5 Расчеты при фонтанной эксплуатации скважин

Для выбора оборудования и установления режима работы фонтанных в газлифтных скважин предлагаются аналитический метод акад. А. П. Кры- лова и графоаналитический метод, в основу которого положено использование кривых изменения давления вдоль колонны НКТ (р=f(Н)). При дебитах до 200 т/сут, умеренных газожидкостных отношениях до 100—150 м3/м3 и вязкостях жидкости ,не превышающих 20 мПа-с, расчеты по обоим методам дают практически одинаковые результаты. В аномальных условиях; при высоких дебитах, больших газосодержаниях или при откачке высоковязких жидкостей преимущество следует отдать графоаналитическому методу, при условии, что кривые р-f(Н) будут построены по одной из изложенных методик для условий данного месторождения. При расчетах по формулам А. П. Крылова необходимо пользоваться следующими единицами измерений: Q - т/сут, Г - м3/т, р - Па, Н(L) — м, d(D) — мм, р — кг/м^З, g— м/с². Про графоаналитическом методе единицы измерения приведены на номограммах о используются в примерах расчетов,которыми иллюстрируется метод.

5.1 Условия фонтанирования. Минимальное давление фонтанирования

Для фонтанирования скважины необходимо, чтобы эффективный газовый фактор Гф был больше или равен удельному расходу газа при оптимальном режиме. Если забойное давление р3 меньше давления насыщения Рнас, условие фонтанирования будет следующее:

( Г - 10³ α/ ) (5.1)

где Г ---газовый фактор, м³/г; α — коэффициент ратворимости газа в нефти, Па^-1; -плотность нефти (жидкости); кг/м³; -устьевое противодавление Па; В процентное содержание воды в добываемой продукции;L—длина колонны насосно-компрессорных труб. Колонну НКТ обычно спускают почти до верхних отверстий перфорации, поэтому давление у башмака равно забойному. Если забойное давление больше давления насыщения р_н, то условие фонтанирования следующее:

(5.2)

где L – длина подъемника,т.е. расстояние от устья до сечения, у которого давленое равно давлению насыщения. Пренебрегая трением в области однофазного потока имеем:

(5.3)

Плотность жидкости в обводоенных скважинах рассчитывается по формуле:

(5.4)

где — плотность воды. При обводнении скважины условия фонтанирования ухудшаются. Процент обводненности, когда прекращается фонтанирование, определяют, решая уравнения относительно В. С уменьшением забойного давления также ухудшаются условия работыфонтанной скважины, поскольку увеличивается удельный расход газа. Забойное давление может достичь значения,когда потребный удельный расход газа превысит эффктивный газовый фактор Гэф и скважина прекратит фонтанирование.

Определим минимальное давление фонтанирования для условия Рз>Рнас. По мере уменьшения забойного давления длина подъемника будет увеличиваться. Минимальному забойному давлению фонтанирования отвечает максимальная длина подъемника L., определяемая при решении его как равенства для условий конца фонтанирования. Эффективный газовый фактор тогда не зависит от величины забойного давления. Из уравнения следует:

(5.5)

где

(5.6)

Минимальное забойное давление фонтанирования определится равенством

(5.7)

Чем больше обводненность продукции, тем при более высоком забойном давлении прекратится фонтанирование. Минимальное давление фонтанирования при условии рассчитывается из трансцендентного уравнения относительно Рз.

5.2 Выбор колонны труб из условий в начале и конце фонтанирования

Для отбора заданного дебита при известном газовом факторе можно подобрать такой диаметр колонны труб, при котором расход энергии на подъем жидкости будет минимальным. По мере разработки залежи количество пластовой энергии, поступающей на забой скважины, уменьшается вследствие обводнения продукции, загрязнения призабойной зоны или падения пластового давления. Особенно острая необходимость в рациональном использовании пластовой энергии возникает в конце периода фонтанирования. Из условий в конце фонтанирования и выбирается диаметр колонны НКТ для подъема газожидкостного потока с тем, чтобы скважина работала в оптимальном режиме:

dк= (5.8)

где р₁ — давление у башмака. Индекс «к» означает, что соответствующие параметры нужно брать для условий конца фонтанирования. Проектом разработки задается изменение во времени дебитов скважин, забойных и пластовых давлений. За забойное давление в конце периода фонтанирования Рз принимается минимальное давление фонтанирования, а дебит — по проекту разработки в соответствии с этим забойным давлением. За устьевое давление ру < принимается минимальное, обеспечивающее нормальную работу системы сбора. Плотность жидкости р_к определяется по прогнозу обводнения продукции скважин во времени. Трубы считаются спущенными до верхних отверстий фильтра, а длина колонны НКТ Lк при Рзк>Рнас .Если забойное давление в конце фонтанирования меньше давления насыщения, то L=Н—а, где а — расстояние от забоя до верхних отверстий фильтра. Давление у башмака Р₁ берется равным давлению насыщения для условия Рзк>Рнас при Рз <РнасР₁=Рзк . Спуск в скважину колонны труб с внутренним диаметром позволит увеличить период фонтанирования. Если расчетный диаметр не соответствует стандартному, необходимо взять ближайший меньший стандартный диаметр а или использовать ступенчатую колонну. Выбранный диаметр труб должен обеспечить запланированные отборы в начальный период фонтанирования скважины Qнач. Поэтому подъемник проверяют на максимальную производительность в условиях начала фонтанирования (параметры отмечены индексом (нач):

(5.9)

ЕслиQmax≥Qнач, то спускают колонну труб диаметром а, что удовлетворяет условиям в конце и начале фонтанирования. При Qmax<Qнач диаметр труб определяют из условий работы колонны на максимальном режиме. Тогда отсюда следует:

(5.10)

Колонна НКТ диаметром d нач не будет работать на оптимальном режиме в условиях конца фонтанирования. Поэтому продолжительность фонтанирования уменьшится. Если рассчитанный диаметр не отвечает стандартному, его округляют до ближайшего большего стандартного или применяют ступенчатую колонну труб. В начальный период фонтанирования известны плотность жидкости , длина колонны НКТ Lнач, давление у башмака Р₁. Порядок их определения аналогичен описанному для условий в конце фонтанирования. Давление на устье скважины в условиях начала фонтанирования определяем по формулам ,решая трансцендентное уравнение относительно РТ Величиной диаметра, входящего в уравнения ,необходимо задаться. Поскольку от диаметра мало зависят результаты расчета Рнач, можно принять его равным 63 мм:

(5.11)

при Рзнач<Рнач

(5.12)

при Рзнач>Рнач. Если диаметр колонны НКТ, которая может быть спущена в обсадную колонну, не обеспечивает запланированный отбор, то фонтанирование происходит и по кольцевому пространству между этими колоннами труб.