10.2. Умови фонтанування і типи фонтанних свердловин

Фонтанування можливе за рахунок гідростатичного напору і енергії газу, що виділяється із нафти. Розрізняють три типи фонтанних свердловин і відповідно три види фонтанування (рис. 10.2): 1 - артезіанське фонтанування ( > ; ); 2 – газліфт не фонтанування з початком виділення газу в стовбурі свердловини ( ; < ); 3 -

327

газліфтне фонтанування з початком виділення газу в пласті ( < ; < ), де вибійний тиск у свердловині, Па; — тиск насичення нафти газом, Па; - гирловий тиск (на викиді свердловини), Па; - затрубний тиск, Па.

Умова артезіанського фонтанування записується із рівняння балансу діючих тисків у вигляді:

(10.1)

де Н - глибина свердловини по вертикалі (приймається звичайно до рівня середини інтервалу перфорації, тобто середини продуктивного пласта), м; = /2 - середня густина рідини у свердловині, кг/м³; - густина рідини відповідно в умовах вибою і гирла, кг/м³; — прискорення вільного падіння, м/с²; — втрати тиску на гідравлічний опір, Па; — гирловий тиск, Па. З урахуванням викривлення свердловини

або Я = (10.2)

де - відстань від гирла до вибою вздовж осі похилої свердловини, м; — середній зенітний кут нахилу свердловини (або кут відхилення осі свердловини від вертикалі), рад.; - зенітний кут на ділянці стовбуру свердловини довжиною , рад.; п — число ділянок різного нахилу свердловини (в подальшому розглядаються вертикальні свердлови­ни, а нахил їх легко врахувати подібним чином).

Фонтанні свердловини другого і третього типів представляють собою газорідинний підйомник, коли газ не вводиться з поверхні, а виділяється із нафти. Тоді умова газліфтного фонтанування записується:

Рис. 10.2. Фонтанні свердловини:

а-артезіанська; 6-газліфтна з початком виділення газу у свердловині; e-газліфтна з початком виділення газу у пласті; 1-підйомні (фонтанні) труби: 2-експлуатаційна (обсадна) колона; /.-довжина підйомних труб; Я-глибина свердловини

328

де — ефективний газовий фактор (середній по довжині підйомних труб), м³/!*³; — пластовий газовий фактор (або кількість газу, який виділяється із нафти при зниженні тиску до атмосферного з розрахунку на одини­цю об'ємної витрати нафти), м'/м³; — коефіцієнт розчинення газу в нафті, м³/ (м³ • Па); - відповідно тиск біля башмака підйомних труб, гирловий і атмос­ферний, Па; — об'ємна частка води у продукції свердловини (об'ємна обводненість продукції); — питома витрата газу в газорідинному підйомнику, причому залежно від умов фонтанування приймається при оптимальному (найбільш доцільно) чи максималь­ному режимах роботи, м³/м³.

10.3. Мінімальний вибійний тиск фонтанування свердловини

Мінімальний вибійний тиск фонтанування - це найменший тиск, при якому ще можли­ве фонтанування. Він визначається із умов фонтанування.

Стосовно до артезіанського фонтанування для його визначення вибійний тиск пред­ставляють із рівняння припливу рідини у свердловину (рівняння індикаторної лінії). На­приклад, із параболічного рівняння припливу = маємо

(10.3)

тоді записуємо умову (10.1) у вигляді рівності

(10.4)

або у функціональному вигляді з врахуванням залежності від Q M(Q) = , де Q — об'ємний дебіт свердловини, м³/с; —, коефіцієнт пропорціональності (коефіцієнт про­дуктивності свердловини при п=1), м³/(с·Па^п); п — показник режиму фільтрації (1 0,5); —пластовий тиск, Па. Втрати тиску на гідравлічне тертя визначаються за формулою Дарсі-Вейсбаха з врахуванням діаметра і довжини труб, по яких ру­хається рідина у свердловині. Тиск тут і далі визначається із умови нафтогазозбору на промислі.

Розв'язуючи останню рівність методом послідовних наближень (ітерацій) або графоа­налітичним методом (рис. 10.3, а), знаходимо дебіт Q і за формулою (10.3) мінімальний вибійний тиск фонтанування Із рис. 10.3.а видно, що фонтанування можливе при Найбільший дебіт при артезіанському фонтануванні може бути при ,

Для визначення мінімального вибійного тиску при газліфтному фонтануванні з умови фонтанування розраховуємо довжину підйомних труб за формулою

(10.5)

де = — діаметр підйомних труб, м.

Якщо одержуємо , то мінімальний вибійний тиск газліфтного фонтанування (другий тип свердловини)

(10.6)

329

Рис. 10.3. Графічна інтерпретація умов артезіанского (а)

і газліфтного (б) фонтанування (штриховкою показані

області можливого фонтанування)

Якщо одержуємо L > Н, то маємо свердловину третього типу. Тоді приймаємо , а мінімальний вибійний тиск визначаємо із трансцендентного рівняння графоаналітичним методом (рис. 10.3, б):

(10.7)

Підкреслимо, що в силу нерозривності потоку тривале фонтанування можливе за умови узгодженої спільної роботи пласта і підйомника, тобто за умови рівності витрат рідини, яка припливає із пласта і яка піднімається у стовбурі свердловини : = =Q

Рис. 10.4. Графік спільної роботи пласта і підйомника при газліфтному фонтануванні

Спільна їх робота узгоджується через що видно при ар-тезіанському фонтануванні з рівняння (10.1). Графік спільної ро­боти пласта і фонтанної свердловини при газліфтному фонтануванні пока­зано на рис. 10.4. Точки перетину ліній і характеризують спільну узгоджену роботу пласта і підйомника; у решті випадків має місце неузгоджена робота

або Причому точці Н відповідає нестійка ро­бота, оскільки найменші коливання приводять до зриву фонтанування (точка 3) або переходу роботи в точ­ку С - точку стійкої спільної узгодже­ної роботи пласта і підйомника. Це легко зрозуміти, пов'язавши зміну зі зміною рівня рідини у свердловині, наприклад, для

330

свердловини другого типу (при > нагромаджується рідина у свердловині та зростає а при < — навпаки зменшується ). Тривале газліфтне фонтанування можли­ве тільки при одному цілком визначеному тискові За зміни -точка С буде пе­реміщатися вздовж індикаторної лінії , а при деякому їх співвідношенні криві і можуть не перетинатися, тоді фонтанування не відбуватиметься (можливі положення кривої ліфтування на рис. 10.4 показані пунктирною лінією).

При зниженні вибійного тиску нижче фонтанування зривається, а отже на момент зриву фонтанування дебіт > 0 (цей дебіт відповідає ).