Оно. 18 Евпак 5РЭ81 ОНГД 17.04.20. Фонтанная эксплуатация нефтяных скважин

• Название: Фонтанная эксплуатация нефтяных скважин
• Дата: 28.03.2022
• Размер: 68.5 Kb.
• Имя файла: 18 Евпак 5РЭ81 ОНГД 17.04.20.doc
• Тип: Документы; #423663

ФОНТАННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

Процесс эксплуатации нефтяных скважин заключается в подъ­еме нефти с забоя на дневную поверхность.

Способ эксплуатации скважин, при котором подъем нефти или смеси нефти с газом от забоя на поверхность осуществляется только за счет природной энергия, называется фонтанным.

Если пластовой энергии для подъема жидкости с забоя сква­жины недостаточно, то тогда следует вводить в каком-либо виде энергию с поверхности. В общем случае способ эксплуатации скважин при вводе энергии извне называется механизированным.

Передача энергии в скважину достигается различными спосо­бами: 1) сжатым газом или воздухом; 2) при помощи насосов различных типов.

На забое скважины жидкость и газ (пластовый или поданный с поверхности) обладают потенциальной энергией. Количество этой энергии определяется энергией жидкости 1Гж и энергией газа W_г. Потенциальная энергия 1 т (1000 кг) жидкости (в Дж), необходимая для совершения работы по подъему этой жидкости на высоту Н от забоя скважины, составит

W_ж=1000hg. (85)

Если выразить высоту подъема жидкости (в м) через забойное давление, то получим

(86)

где р_заб и р₀—забойное и атмосферное давления, Па; ρ—плот­ность жидкости, кг/м³; g—ускорение свободного падения, м/с². \

Тогда

(87)

Энергия свободного газа W_г при изотермическом процессе его расширения определяется соотношением

(88)

где G₀—объем газа, поступающего к забою скважины в свобод­ном виде с 1 т жидкости, м³; р_о—атмосферное давление, равное 9,81*10⁴ Па.

При рзаб в каждой тонне нефти содержится какое-то количе­ство растворенного газа, который будет выделяться из раствора по мере понижения давления к устью скважины. Этот газ также обладает некоторым запасом энергии, которую обозначим A₀. Таким образом, потенциальная энергия (в Дж), которой обладают жидкость и газ на забое скважины, будет равна

(89)

Эта энергия при эксплуатации не вся используется для подъ­ема жидкости, так как на устье имеется некоторое противодавле­ние р_у.

Выражение для энергии газожидкостной смеси W₁, расходу­емой на подъем 1 т жидкости при изменении давления от рзаб до р_у, по аналогии с предыдущим имеет вид:

(90)

где А₁—энергия газа, выделившегося из нефти при изменении давления от р_заб до р_у, Дж.

Часто при эксплуатации фонтанных скважин давление на за­бое бывает выше давления насыщения. При этом G₀=0; следова­тельно, подъем жидкости происходит только за счет энергии жид­кости и энергии выделяющегося из раствора газа, т. е.

(91)

УСЛОВИЯ ФОНТАНИРОВАНИЯ СКВАЖИН

Расход энергии на подъем в вертикальных трубах каждой тонны нефти определяется по уравнению (90).

Если бы к забою скважины совершенно не поступал газ, то для обеспечения фонтанирования при недостаточной энергии гид­ростатического напора в скважину нужно было бы нагнетать газ с поверхности. В этих условиях для подъема каждой тонны нефти затрачивается энергия

(102)

где R_o—удельный расход нагнетаемого газа, м³/т.

Очевидно, что фонтанирование скважины возможно при со­блюдении условия

(103)

Подставив значения W₁ и W₂ из (90) и (102) в (103), получим

(104)

где А₁—доля энергии, затраченной на подъем 1 т жидкости газом, выделяющимся из раствора и расширяющимся при сниже­нии давления от р_заб до р_у. Количество этого газа составит



где α — коэффициент растворимости, м³/м³*Па; ρ — плотность нефти, кг/м³.

Давление в фонтанном подъемнике (от башмака до устья) по мере подъема смеси уменьшается, т. е. составляет р_заб—р_у. Следовательно, в среднем давление изменится на 0,5 (р_заб—p_у). Поэтому приближенно можно принять, что только половина объема газа способствует подъему жидкости.

Учитывая, что общее количество газа, получаемое с каждой тонной жидкости, на поверхности (газовый фактор) равно

(105)

выражение (104) можно переписать в виде:

(106)

Минимальное количество энергии, потребной на подъем 1 т жидкости, затрачивается при оптимальном режиме работы подъ­емника, так как в этом случае удельный расход газа достигает минимального значения. Подставив в (106) вместо R₀ значение R_опт из (101), выраженное в м³/т, и произведя некоторые преобра­зования, получим для условий фонтанирования

(107)

Если вместе с нефтью добывается вода, то



В промысловой практике газовый фактор относят к 1 т нефти, поэтому

(108)

где G_0н газовый фактор, отнесенный к 1 т нефти; n_в—массовая доля воды в добываемой жидкости, %.

При наличии воды средний объем растворенного в нефти га­за также надо относить к 1 т поднимаемой жидкости. Тогда окон­чательное условие фонтанирования скважины будет иметь вид:

(109)

В соотношении (109) предполагается, что колонна спущена до забоя скважины, поэтому давление у башмака равно забойно­му давлению. Из этого соотношения можно сделать следующие выводы:

1) если процентное содержание воды в добываемой жидкости увеличивается, то при всех прочих равных условиях количество энергии у забоя скважины уменьшается; другими словами, с уве­личением процентного содержания воды создаются условия, спо­собствующие прекращению фонтанирования;

2) если пластовое давление понижается (т.е. уменьшается количество энергии, поступающей к забою скважины), также соз­даются условия для прекращения фонтанирования.

В некоторых фонтанных скважинах давление на забое выше давления насыщения р_нас. При этом газожидкостная смесь дви­жется не по всей длине труб, а лишь на некотором участке L:

(110)

Из этого выражения следует, что минимальное забойное дав­ление, при котором фонтанирование еще будет происходить, со­ставит

(111)