МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

Теоретическое описание процесса артезианского фонтанирования

Теоретическое описание процесса артезианского фонтанирования практически не отличается от расчета движения однородной жидкости по трубе. Давление на забое скважины Рс при фонтанировании определяется уравнением:

в котором гидростатическое давление столба жидкости благодаря постоянству плотности жидкости определяются простым соотношением:

Для наклонных скважин:

Для наклонных скважин, имеющих на разных глубинах различный угол кривизны α_i, расстояние Н необходимо определять разделением глубины скважины на интервалы и суммированием проекций этих интервалов на вертикальную ось:

При движении жидкости по насоснокомпрессорной трубе она охлаждается и ее плотность немного изменяется. Поэтому необходимо в расчетах принимать среднюю плотность:

При фонтанировании обводненной нефтью плотность жидкости подсчитывается как средневзвешенная:

Иногда в результате недостаточной скорости восходящего потока жидкости и оседания воды обводненность n вдоль ствола скважины бывает неодинаковой. Например, между забоем и башмаком насоснокомпрессорной трубы в интервале, где жидкость движется по всему сечению обсадной колонны с малой скоростью, обводненность может быть больше. В таких случаях всю расчетную глубину скважины необходимо разбивать на соответствующие интервалы. Заметим, что погрешности в определении гидростатического давления существенно влияют на все результаты расчета, так как оно преобладает в общем балансе давлений и составляет 95 - 98 % от величины P_с.

Противодавление на устье скважины P_у определяется ее удаленностью от групповой замерной установки, давлением в этой установке или размером штуцера (местного сопротивления), обычно устанавливаемого на выкидной линии фонтанирующей скважины для регулирования ее дебита. При широко распространенных в настоящее время однотрубных, герметизированных системах нефтегазосбора давления на устье P_у бывает большим, достигая иногда нескольких мегапаскалей.

Потери давления на трение P_тр определяются по обычным формулам трубной гидравлики, а именно:

Скорость жидкости в насоснокомпрессорной трубе С_ж определяется обычно через объемный коэффициент жидкости и ее плотность для средних термодинамических условий в насоснокомпрессорной трубе:

При подсчете потерь на трение необходимо учитывать, что диаметр насоснокомпрессорной трубы d существенно влияет на величину P_тр. Это означает, что при уменьшении диаметра насоснокомпрессорной трубы на 10%, например за счет покрытия внутренней поверхности эпоксидными смолами, стеклом или в результате отложения парафина потери на трение возрастут в 1,61 раза.

Величины коэффициента сопротивления λ определяются через число Рейнольдса по соответствующим графикам или аппроксимирующим формулам. Если такие величины, как С_ж, d и ρ, необходимые для определения числа Re оцениваются достаточно точно, то для подсчета вязкости жидкости μ, особенно при движении по насоснокомпрессорной трубе обводненной нефти или эмульсии, нет достаточно точных формул. Вязкость обводненной нефти зависит не только от вязкости компонентов (нефти и воды), но и от дисперсности эмульсии. Тем не менее для оценки этой величины можно рекомендовать следующую приближенную формулу Гатчика и Сабри:

При пользовании формулой данной следует иметь в виду, что при обводненности нефти 60 - 70% происходит инверсия эмульсий, т. е. замещение внешней и внутренней фаз. Поэтому формула в представленном написании справедлива для эмульсии с содержанием воды, не превышающим указанных пределов. При большем водосодержании в указанную формулу вместо μ_вс необходимо подставить вязкость внешней среды, которой становится в этом случае вода, и вместо φ подставлять объемное отношение нефти к воде.

Коэффициент сопротивления при ламинарном движении определится как:

Коэффициент сопротивления при турбулентном движении определится как:

Для переходной зоны имеется много различных аппроксимирующих формул. Достаточно надежные результаты для λ получаются по формуле: