Основы подъема газожидкостной смеси

Процесс разработки скважин заключается в подъёме заданного объёма жидкости с забоя скважины на отметку земной поверхности. При этом главная задача - провести этот процесса непрерывным способом и маскимально эффективно.

Рассмотрим основные аспекты энергетической стороны процесса разработки скважин.

Величина полезной работы, делённая на единицу веса поднимаемой жидкой фракции, зависит исключительно от глубинной отметки скважины; для конкретной скважины при совокупности условий подъема она остается постоянной.

Потраченная на подъем данного количества жидкой фракции энергия в общеприменимом случае есть сумма энергии, которая поступает с жидкой фракцией на забой скважины из пласта, и энергии, которая вводится в скважину извне любым образом, минус энергия, которая выносится ею за границы устья скважины. Соответственно, энергия, которая поступает на забой скважины из пласта, есть сумма энергии, вносимой с собой жидкостью, и энергии, содержащейся в поступившем вместе с жидкостью газе (при давлении забоя ниже, чем давление насыщения).

Если пренебречь тем, что газ растворяется в нефти и принять, что процесс увеличения объёма газа в скважине является изотермическим, то формула для пластовой энергии, которая поступила вместе с 1000 кг жидкой фракции на забой скважины запишется следующим образом:

Fig12
где pзаб  -  забойное давление, кг/см2
p0  -  атмосферное давление, кг/см2
ρ  -  плотность жидкости, кг/м3
G0  -  газовый фактор, который приведён к атмосферному давлению, м3/т.

В данном случае энергия тратитсья только, чтобы поднять жидкую фракцию до устья.

Чтобы подать эту жидкость от устья до пункта сбора нефти, потребуется еще какое-то количество энергии. Общее потребное количество энергии тогда определится как:

Fig13
где p2  -  давление на устье скважины, кг/см2.

Подобный способ разработки скважины называется фонтанным способом.

При давлении в забое выше, чем давление насыщения, газ, который поступает из пласта вместе с нефтью, будет полностью в ней растворен. Процесс выделения свободного газа из нефти начнется на отметке ствола скважины, где давление уровняется с давлением насыщения нефти газом. Такое давление находится на определенной высоте от забоя скважины, но в отдельных случаях может оказаться и на устье скважины. Тогда подъем нефти станет происходить исключительно за счет гидростатического напора пласта, и ранее записанное выражение трансформируется следующим образом:

Fig14

Для общего случая условием подъема жидкой фракции будет неравенство:

Fig15
где H  -  глубина скважины, м.

При установившемся перемещении, когда пласт отдает количество жидкости равное количеству поступившему из скважины на отметку поверхности, давление в забое уравновешивается давлением столба жидкой фракции в скважине, противодавлением, которое создается на устье скважины, и давлением pтр необходимым чтобы преодолеть трение жидкости о поверхность стенки труб при ее перемещении от забоя до устья скважины:

Fig16

Давление, которое затрачивается на преодоление трения, исходя из условий подъема жидкости:

Fig17
где λ  -  коэффициент трения, который численно зависит от режима движения жидкой среды в скважине,
υ  -  скорость перемещения жидкости в скважине, м/с
d  -  диаметр трубы при перемещении жидкости, м
g  -  ускорение свободного падения, м/с2.

Скорость перемещения жидкости:

Fig18
где Q  -  дебит жидкости, т/сут.

В трансформированном виде формула для определения давления, которое затрачивается на преодоление трения запишется в виде:

Fig19

При закрытой скважине, забойное давление определится как;

Fig20

Отсюда можно вычислить давление в пласте.

При разных режимах отбора жидкой фазы из пласта, вычисляя соответствующие параметры забойных давлений, можно провести исследование характера притока жидкой фазы по уравнению:

Fig21
где K  -  коэффициент продуктивности,
n  -  показатель степени.

Далее рассмотрим подъем жидкой фазы под воздействием движущей силы создаваемой расширяющимся газом. Газ, инжектированный в жидкость, имеет подъемную силу, которая равна весу вытесняемой им жидкости (вес самого газа не учитывается). Точками, к которым приложена подъемная сила газа, являются поверхности жидкой фракции, соприкасающиеся с газовой средой. Подъемная сила газовой фракции воздействует на жидкую среду путем прямого давления на нее и за счёт трения газовой фазы о жидкость.

Чтобы поднять смесь жидкости и газа вверх по вертикальной трубе требуется некий перепад давлений между концами подъемной колонны - нижним p1 и верхним p2. Значение такого перепада будет равно сумме:

  1. Давления веса столба смеси pсм;
  2. Давления, которое затрачивается на преодоление трения смеси о поверхность трубы, pтр;
  3. Давления, которое затрачивается на ускорение жидкости (за счет увеличившегося в объёме газа скорость жидкости в трубах постепенно увеличивается), pу.ж;
  4. Давления, которое затрачивается на ускорение перемещения газа, pу.г.
Fig22

Давление, которое затрачивается на ускорение жидкой среды, pу.ж по сравнению с давлениями веса столба смеси и трением ее о поверхности трубы крайне мало. Еще более малое значение будет иметь pу.г. Следовательно, можно принять:

Fig23

При перемещении смеси значение давления в колонне труб будет меняться, что приведет к изменению объемного расхода газовой фазы. То есть, даже при установившемся перемещении вдоль подъемника параметры движения смеси постоянно меняются.



ФОНТАННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН