Ответы. Ответы к экзамену по эниГМ
 Скачать 3.94 Mb.
|
ЭхолотЭхолот работает следующим образом. В межтрубное пространство посылается звуковой импульс, который отражается от уровня жидкости, возвращается к устью скважины и улавливается микрофоном, соединенным через усилитель с регистрирующим устройством, записывающим все сигналы на бумажной ленте в виде диаграммы. Бумажная лента движется с помощью лентопротяжного механизма с постоянной скоростью. Измеряя расстояние между двумя пиками диаграммы, соответствующими начальному импульсу и отраженному от уровня, можно определить глубину этого уровня. Поскольку звуковой сигнал проходит двойное расстояние от устья до уровня и обратно, то, если известна скорость распространения звуковой волны в газовой среде межтрубного пространства, глубина уровня может быть найдена из простого соотношения:  , где S - глубина уровня; t = l / а - время от момента подачи импульса до прихода отраженного сигнала, который проходит за это время путь 2S; v - скорость звука в газовой среде межтрубного пространства; l - расстояние между двумя пиками диаграммы на бумажной ленте; а - скорость движения бумажной ленты. Такой метод определения уровня жидкости имеет ряд недостатков. Скорость звука v в межтрубном пространстве зависит от давления, температуры и плотности газа, заполняющего это пространство. Погрешность в определении v непосредственно влияет на определяемую величину уровня 5. При измерении нескольких значений Si, и вычислении по ним величин ΔSi, соответствующих нескольким режимам отбора жидкости в той же скважине, погрешности уменьшаются, так как систематическая ошибка в величине v одинаково отразится на всех измеряемых значениях S. Чтобы исключить ошибки, связанные с определением скорости звука в межтрубном пространстве, на колонне НК.Т устанавливают репер - утолщенную муфту, на 50 - 60% перекрывающую межтрубное пространство. Глубина установки этого репера S0 заранее известна. В этом случае на эхограмме получаются три пика: первый соответствует моменту подачи импульса на устье, второй - отраженному сигналу от репера и третий - отраженному сигналу от уровня. Очевидно, что расстояния между пиками эхограммы пропорциональны глубинам установки репера S0 и уровня S. Из пропорции  находим  Таким образом, установка репера исключает необходимость определения скорости звука в кольцевом пространстве. Для большей точности репер устанавливают вблизи уровня жидкости.  Рис. 10.11 Типичные эхограммы, снятые с помощью трехканального эхолота Современные высокочувствительные эхолоты не требуют установки репера, так как фиксируют на бумажной ленте сигналы, отраженные от каждой муфты колонны НКТ. В этом случае глубина измеряемого уровня определяется подсчетом по эхограмме числа пиков до сигнала, соответствующего уровню жидкости, и умножением числа пиков на длину одной трубы. Для создания звукового импульса и улавливания отраженных сигналов имеется «хлопушка» - специальный короткий патрубок, присоединяемый к фланцу задвижки межтрубного пространства, с ударником, производящим выстрел маломощного порохового заряда. Кроме того, в хлопушке или ее боковом отводе имеется кварцевый чувствительный микрофон. В некоторых конструкциях эхолотов вместо микрофона используют термофоны. Микрофон превращает звуковые сигналы в электрические, поступающие в усилитель. В современных эхолотах имеется электронный усилитель с трехканальным фильтром для глушения помехи и выделения измеряемого сигнала. Усилитель питается от батареи постоянного тока и не нуждается в наличии на скважине осветительной электролинии для своего питания. Усилитель имеет регулятор чувствительности и лентопротяжный механизм для обеспечения постоянной скорости движения бумажной ленты. Три канала, устанавливаемых поворотом трехпозиционного переключателя, обеспечивают выделение (с помощью электрических фильтров) сигналов, отраженных от верхних муфт, выделение сигналов от муфт, находящихся на большой глубине, и выделение сигнала от уровня жидкости при больших глубинах (рис. 10.11). Эхолот - переносной прибор, собран в небольшом ящике-футляре. Хлопушка присоединяется без разрядки газа из межтрубного пространства и допускает измерения при давлениях до 2,5 МПа. Наличие вспененной жидкости в межтрубном пространстве скважины затрудняет получение четкого отраженного сигнала от уровня и является общим недостатком измерения эхолотом. Поэтому перед измерением очень важно не производить разрядки газа из межтрубного пространства во избежание вспенивания. Однако это не всегда возможно, так как некоторые конструкции хлопушек предусматривают ее соединение через специальное отверстие в устьевой планшайбе, закрываемое винтовой пробкой. Необходимо также отметить, что для определения по уровню забойного давления, соответствующего данному отбору жидкости, надо знать среднюю плотность столба жидкости от уровня до забоя. Определение этой плотности, зависящей от обводненности и газосодержания столба жидкости, затруднительно. В промысловой практике нашли применение так называемые волномеры, представляющие собой те же эхолоты, но вместо звукового импульса в межтрубное пространство посылается импульс давления газа. Этот импульс создается либо кратковременным впуском газа из баллона высокого давления, либо выпуском газа из межтрубного пространства с помощью специального отсекателя, присоединяемого к межтрубной задвижке. Отсекатель состоит из заглушенного с одной стороны патрубка, имеющего на боковой поверхности одно или несколько отверстий. Эти отверстия перекрыты скользящей по поверхности патрубка специальной муфтой с отверстиями. При кратковременном перемещении этой муфты отверстия в патрубке и муфте на короткий момент времени совмещаются и таким образом создается импульс давления, зависящий от давления в межтрубном пространстве и от скорости перемещения муфты. Поэтому условия измерения уровня получаются нестандартизованными, а это осложняет создание регистрирующего устройства, которое могло бы избирательно регистрировать нужный отраженный сигнал с достаточной чувствительностью. Определение положения динамического уровня жидкости в скважине необходимо для определения глубины подвески насоса.
Глубина подвески насоса определяется: 1) глубиной динамического уровня жидкости в скважине Нд при отборе заданного количества жидкости; 2) глубиной погружения ПЦЭН под динамический уровень Нп, минимально необходимой для обеспечения нормальной работы насоса; 3) противодавлением на устье скважины Ру, которое необходимо преодолеть; 4) потерями напора на преодоление сил трения в НКТ при движении потока hтр; 5) работой выделяющегося из жидкости газа Нг, уменьшающего необходимый суммарный напор. Таким образом, можно записать  . (11.1)По существу все слагаемые в (11.1) зависят от отбора жидкости из скважины. Глубина динамического уровня определяется из уравнения притока или по индикаторной кривой. Если уравнение притока известно  ,то, решая его относительно давления на забое Рс и приведя это давление в столб жидкости получим  (11.2) или  ,откуда  , (11.3)где ρср - средняя плотность столба жидкости в скважине от забоя до уровня; h - высота столба жидкости от забоя до динамического уровня по вертикали. Вычитая hиз глубины скважины (до середины интервала перфорации) Hc, получим глубину динамического уровня Hд от устья  . (11.4)Если скважины наклонны и φ1 - средний угол наклона относительно вертикали на участке от забоя до уровня, а φ2 - средний угол наклона относительно вертикали на участке от уровня до устья, то необходимо внести поправки на кривизну скважины. С учетом кривизны искомое Hд будет равно  . (11.5)Здесь Нс - глубина скважины, измеренная вдоль ее оси. Величина Нп - погружение под динамический уровень, при наличии газа определяется сложно. Об этом будет сказано несколько дальше. Как правило, Нп принимается таким, чтобы на приеме ПЦЭН обеспечить за счет давления столба жидкости газосодержание β потока, не превышающее 0,15 - 0,25. В большинстве случаев это соответствует 150 - 300 м. Величина Ру/ρg есть устьевое давление, выраженное в метрах столба жидкости плотностью ρ. Если продукция скважины обводнена и n - доля воды в единице объема продукции скважины, то плотность жидкости определяется как средневзвешенная  . (11.6)Здесь ρн, ρн - плотности нефти и воды. Величина Ру зависит от системы нефтегазосбора, удаленности данной скважины от сепарационных пунктов и в некоторых случаях может составлять значительную величину. Величина hтр рассчитывается по обычной формуле трубной гидравлики  , (11.7)где С - линейная скорость потока, м/с,  . (11.8)Здесь Qн и Qв - дебит товарной нефти и воды, м3/сут; bн и bв - объемные коэффициенты нефти и воды для средних термодинамических условий, существующих в НКТ; f - площадь сечения нкт. Как правило, hтр - малая величина и составляет примерно 20 - 40 м. Величину НГ можно определить достаточно точно. Однако такой расчет сложный и, как правило, проводится на ЭВМ.
Дебит фонтанной скважины определяется совместной работой пласта и фонтанного подъемника; причем законы, управляющие работой пласта, одни, а законы, управляющие процессом движения ГЖС в фонтанных трубах, - другие. Совершенно очевидно, что увеличение давления на забое Рс снижает приток жидкости из пласта. С другой стороны то же увеличение Рс (или Рб) увеличивает подачу фонтанного подъемника. Поэтому если пропускная способность фонтанного подъемника меньше притока, избыточная жидкость будет накапливаться в скважине. В результате давление Рс будет расти. Это повлечет за собой увеличение подачи подъемника, с одной стороны, и снижение притока - с другой. Установившаяся работа этой системы пласт - скважина наступает тогда, когда приток сравняется с отбором. Этой установившейся работе системы пласт - скважина будет соответствовать некоторое давление на забое Рс , которое может быть найдено из условия равенства притока и подачи фонтанного подъемника. Как известно, приток определяется формулой  , (8.50)Пропускная способность подъемника па режиме максимальной подачи определяется формулой (8.46).  , (8.46)Если трубы спущены до забоя, то Рб = Рс. Если они подняты выше так что L < H, то  , (8.51)С учетом (8.51) формула (8.50) перепишется так:  . (8.52)Приравнивая правые части формулы притока (8.52) и формулы пропускной способности подъемника (8.46), получим  . (8.53)Равенство (8.53) удовлетворяется при определенном значении Рб, так как остальные величины задаются. Левая часть равенства (8.53) сростом Рб уменьшается нелинейно. Правая часть возрастает по параболе в степени 1,5. Пересечение этих двух кривых дает такое значение Рб, при котором равенство (8.53) удовлетворяется. Решение равенства (8.53) получается либо путем подбора Рб, либо графоаналитическим путем подобно тому, как это делалось при определении минимального давления фонтанирования. Затем определяется соответствующий дебит скважины путем подстановки найденного значения Рб либо в (8.52), либо в (8.46). Найденный таким образом, дебит, отвечающий совместной работе пласта и фонтанного подъемника, соответствует работе фонтанного подъемника при режиме максимальной подачи. Аналогично можно найти дебит подъемника на режиме оптимальной подачи. Для этой цели необходимо приравнять правые части формулы притока (8.52) и формулы оптимальной подачи (8.47):  . (8.54)Из равенства (8.54) подбором или нахождением точки пересечения двух кривых, соответствующих левой и правой части уравнения, определяется сначала давление Рб, а потом по формуле притока - соответствующий дебит скважины, удовлетворяющий условию совместной работе пласта и фонтанного подъемника на режиме оптимальной производительности. Если выделение газа начинается не на забое, а в фонтанных трубах, как известно, в равенства (8.53) и (8.54) вместо Рб необходимо подставлять давление насыщения Рнас и вместо длины труб L - глубину начала выделения газа Lнас. Однако в этом случае для решения уравнения (8.54) варьировать величиной Рб = Рнас нельзя, так как она постоянна. Решение достигается подбором такой величины L = Lнас, которая делает правую и левую части (8.54) равными. Аналогично следует поступить и при решении уравнения (8.53) для согласования работы пласта и подъемника, работающего на режиме максимальной производительности в случае, если газ начинает выделяться внутри НКТ. Поскольку Рнас постоянно, равенство правой и левой частей (8.53) достигается подбором. На рис. 8.4 показано определение забойных давлений Рс и соответствующих им дебитов при согласованной работе пласта и фонтанного подъемника на режимах максимальной и оптимальной производительности путем графоаналитического решения уравнений (8.53) и (8.54).  Рис. 8.4. Графоаналитическое определение условий совместной работы пласта и газожидкостного подъемника: 1 - зависимость подачи подъемника от давления у башмака Рб на режиме максимальной производительности; 2 - зависимость притока от давления Рб; 3 - зависимость подачи подъемника от Рб на режиме оптимальной производительности Показанные на рис. 8.4 графики построены для следующих исходных данных: Рпл = 170·105 Па; Ру = 5·105 Па; Рб = Рс; L = H = 2000 м; ρ = 900 кг/м3; d = 0,0503 м (5,03 см); К = 3,588·10-5 м3 / Па·с; n = 0,92; Рб изменяется от 150·105 Па до 50·105 Па. На оси абсцисс графика отложено давление на забое Рс, или Рб, так как L = H (башмак на забое). На оси ординат отложена максимальная qmax, оптимальная qопт подачи и приток жидкости из пласта qп. Как видно из рисунка, согласование работы пласта и подъемника происходит при давлении на забое Рс = 8,55 МПа (пересечение линий 1 и 2) на режиме максимальной подачи, при этом дебит скважины qmax = 212·10-5 м3/с (183,2 м3/сут) и при давлении на забое Рс = 12,1 МПа (пересечение линий 2 и 3) на режиме оптимальной подачи при дебите qопт = 130·10-5 м3/с (112,3 м3сут).
Широкое применение скважинных центробежных насосов с электроприводом обусловлено многими факторами. При больших отборах жидкости из скважины установки ЭЦН наиболее экономичные и наименее трудоемки при обслуживании, по сравнению с компрессорной добычей и подъемом жидкости насосами других типов. При больших подачах энергетические затраты на установку относительно невелики. Обслуживание установок ЭЦН просто, так ака на поверхности размещаются только станция управления и трансформатор, не требующие постоянного ухода. Монтаж оборудования ЭЦН прост, так как станция управления и трансформатор не нуждаются в устройстве фундаментов. Эти два узла установки ЭЦН размещают обычно в легкой будке. Центробежные насосы получили широкое распространение, поскольку они дают большой напор при заданных подачах жидкости и ограниченных габаритах насоса. Преимущества: Скважины, оборудованные установками погружных центробежных электронасосов, выгодно отличаются от скважин, оборудованных глубиннонасосными установками. Здесь на поверхности нет механизмов с движущимися частями, отсутствуют громадные металлоемкие станки - качалки и массивные фундаменты, необходимые для их установки. Применение такого оборудования позволяет вводить скважины в эксплуатацию сразу же после бурения в любой период года, даже в самые суровые зимние месяцы, без больших затрат времени и средств на сооружение фундаментов и монтажа тяжелого оборудования. При эксплуатации скважин ЭЦН устье легко поддается герметизации, что позволяет осуществлять сбор и отвод попутного газа. Для установок ЭЦН характерно отсутствие промежуточного звена насосных штанг, благодаря чему повышается межремонтный период работы скважин. Расширяется область применения насосной добычи из глубоких скважин и форсированного отбора жидкости из сильно обводненных скважин, а также наклонно-направленных скважин. Недостатки: К недостаткам бесштанговых насосных установок можно отнести: сложный ремонт скважины при падении труб, иногда не приводящий к результату; сложное оборудование (шкаф ШГС), требующее электрика высокой квалификации. На больших оборотах нефть смешивается с водой, приходится тратить большое количество энергии, чтобы отделить нефть от воды. ЭЦН могут применяться также для межпластовой закачки воды и для поддержания пластовых давлений в нефтяных залежах. Не рекомендуется применять погружные электроцентробежные насосы в скважинах: а)в жидкостях, в которых содержится значительное количество песка, вызывающего быстрый износ рабочих деталей насоса; б)с большим количеством газа, снижающего производительность насоса. Содержание свободного газа у первой ступени насоса не должна превышать 2% от объема перекачивающей жидкости. Повышение содержания свободного газа приводит к снижению напора, подачи, коэффициента полезного действия, а работа насоса становится неустойчивой.
Движение газожидкостных смесей по вертикальным трубам изу чалось многими исследователями. Все они условно выделяют су ществование трех структур при движении газожидкостной смеси с плавными переходами между ними. Установлено, что структура га зожидкостной смеси зависит от объемных расходов жидкой q и га зовой V фаз, от газосодержания, диаметра лифта, физико-хими ческих свойств фаз и т.д. а) Эмульсионная (пенная, пузырьковая) структура — газовые пузырьки различных размеров (но меньших, чем диаметр трубы) более или менее равномерно распределены в жидкости. Расстоя ния между пузырьками могут быть различны. Такая структура обычно проявляется при малой газонасыщенности (если она не создается искусственно) и характеризуется существованием ма лых относительных скоростей газа в жидкости при их значитель ном изменении. Необходимо отме тить, что на сохранение эмульсионной структуры и ее стабильность влияет физико-химический состав жидкости и газа. б) Неточная (пробковая) структура образуется при повышении газосодержания смеси и характеризуется наличием газовых четок, перекрывающих практически все сечение трубы и чередующихся с четками жидкости. Четки газа содержат капельки жидкости, а чет ки жидкости - пузырьки газа. Размеры и взаимное расположение четок самое различное. При такой структуре относительные скорости газа могут иметь самое различное значение, достигая значительных величин. Иссле дования показывают, что относительные скорости газа при такой структуре изменяются от нескольких см/с до нескольких м/с. Сред няя величина относительной скорости колеблется от 40 до 120 см/с. в) Стержневая структура образуется при значительном увели чении газосодержания смеси. При такой структуре основная масса газа движется по центру трубы в виде стержня, а жидкость увлека ется им и движется по стенкам трубы в виде тонкого слоя. В слое жидкости имеются малые пузырьки газа, а газовый стержень насы щен капельками жидкости. При такой структуре относительные скорости движения газа достигают больших величин. В реальных условиях движение газонефтяных смесей в скважи нах может иметь все три структуры. В нижней части лифта при боль ших давлениях движущаяся смесь имеет эмульсионную структуру. По мере подъема, а следовательно снижения давления, эмульсион ная структура может переходить в четочную. Значительное сниже ние давления в верхней части лифта создает предпосылки для воз можного перехода четочной структуры в стержневую.
|