Уравнение баланса энергии в скважине

Энергия – физическая величина, определяющая способность тел совершать работу.

Работа – разность энергии или освободившаяся энергия необходимая для движения флюида в пласте и дальше на поверхность.

Епласт = Егидр.столба + Егжс + Етрения гидр.ст. +Етр.гжс + Ру +Рсбора.

б) насосный ( ШСН, ЭЦН, ЭВН, ЭДН, ГПН)

Физическая сущность, особенности и основные закономерности движения ГЖС.

; ,

подъем происходит из-за ;

в точки 2- ; ;

в точки 3- ; .

в точки 4- оптимальный режим работы

Рис.2(32). ; оптимальный режим-режим max КПД.

Рис.3(32).

Рис.4(32). — погружение башмака колонны под динамический уровень.

Уравнения движения ГЖС. Опыты и формулы Крылова.

– суммарные потери напора на единицу длины

– удел. потери напора на скольжение

– удел. потери на трение

Крылов использовал короткий газожидкостный подъемник со смесью воды и газа.

Виды фонтанирования

Процесс подъема жидкости от забоя скважины до устья под действием только пластовой энергии называется фонтанированием, а способ эксплуатации фонтанным.

1-й рисунок: артезианское

2-й и 3-й : газлифтное.

Условие артезианского фонтанирования.

Рзаб = Рпл- аQ-bQ 2

График совместной работы пласта и скважины. Р1 – минимальное давление на забое, при котором скважина артезиански фонтанирует.

Условие газлифтного фонтанирования.

Энергия пласта равна

При оптимальном режиме количество минимальной энергии, необходимой для фонтанирования:

Следовательно, фонтанирование возможно, если: Wпл>=Wн. Следовательно:

Го>=Rопт. Вместо Го нужно использовать эффективный газовый фактор Гэф. Следовательно Гэф>= Rопт.

, где – коэф. растворимости газа, n – обводненность.

Рсmin – минимальное давление, обеспечивающие процесс фонтанирования.

Принципы технологического расчета фонтанных скважин

Поскольку фонтанный подъемник работает за счет энергии пласта, а фонтанный способ эксплуатации самый дешевый, то следует использовать эту природную энергию наиболее ра­ционально. Так как в начале периода фонтанирования имеется избыток энергии Д£, который расходуется в штуцере беспо­лезно, то в начале фонтанирования подъемник может работать не при максимальном коэффициенте полезного действия. Од­нако в конце периода он уже должен работать при максималь­ном коэффициенте полезного действия. Таким образом, реко­мендуется рассчитывать фонтанный подъемник для конечных условий при оптимальном режиме, а проверять для начальных условий при максимальном режиме на пропускную способность. Обычно расчету подлежат L, p₃min и й. Остальные величины задаются или определяются другим путем.

Рассчитанный диаметр НКТ должен обеспечить отбор в на­чале периода фонтанирования Q_n&4, который имеем по проекту разработки. Поэтому подъемник проверяют на максимальную подачу Qmax по формуле А. П. Крылова (6.16) для условий на­чала фонтанирования.

Характеристика оборудования фонтанных скважин

Оборудование любой скважины, в том числе фонтанной, дол­жно обеспечивать отбор продукции в заданном режиме и воз­можность проведения необходимых технологических операций с учетом охраны недр, окружающей среды и предотвращения аварийных ситуаций. Оно подразделяется на наземное (устье­вое) и скважинное (подземное).

Наземное оборудование

К наземному оборудованию относят фонтанную арматуру и манифольд. Фонтанной арматурой оборудуют фонтанные нефтя­ные и газовые скважины. Ее устанавливают на колонную го­ловку. Фонтанные арматуры изготавливают (ГОСТ 13846—84) по восьми схемам.

Фонтанные арматуры различают по конструктивным и проч­ностным признакам.

Фонтанная арматура включает трубную головку и фонтан­ную елку с запорными и регулирующими устройствами. Труб­ная головка предназначена для подвески насосно-компрессорных труб и герметизации пространств между ними и обсадной эксплуатационной колонной.

Нерегулируемый штуцер зачастую представляет собой диа­фрагму или короткую втулку (насадку) с малым отверстием. ‘ Диаметр отверстия штуцера может составлять 5^—25 мм. Диа­метр отверстия штуцера обычно подбирают опытно при иссле­довании скважины; имеются также формулы для его оценки. Такой штуцер надежен в эксплуатации и незаменим при нали­чии песка в продукции.

Устьевое (до штуцера) и затрубное давления измеряют с помощью манометров. На фланцах боковых отводов трубной головки и фонтанной елки предусматриваются отверстия для подачи ингибиторов коррозии и гидратообразования в затруб­ное пространство и ствол елки, а также под карман для тер­мометра.

Манифольд предназначен для обвязки фонтанной арматуры с выкидной линией (шлейфом), подающей продукцию на груп­повую замерную установку. Маиифольд монтируют в зависимо­сти от местных условий и технологии эксплуатации.-В общем случае они обеспечивают обвязку двух струн с шлейфом, струн с затрубным пространством, струн и затрубного пространства с факелом или амбаром и т. д.

Основные элементы комплексов — пакер, скважинный клапан-отсекатель, устанавливаемый внутрь НКТ на глубине до 200 м и наземная станция управления. Управление клапаном-отсекателем может быть пневмо- (тип КУСА) или электрогид­равлическим (типа КУСА-Э). Запорным органом служит хло­пушка или шар. Клапан-отсекатель (также и задвижка арма­туры) может быть закрыт ср станции управления принудитель­ным путем или дистанционно с пульта диспетчера, связанного со станцией управления посредством промысловой телемеха­ники.

Видео:Вызов притока и освоение скважин. Методы вызова притока. НефтянкаСкачать

Баланс энергии в скважине. Условия фонтанирования

Основным процессом в добыче нефти является процесс подъема на поверхность газожидкостной смеси от забоя скважины. Исходя из этого, можно сформулировать основ­ную задачу эксплуатации скважин — осуществление процесса подъема продукции скважин с наибольшей эффективностью и бесперебойно.

Подъем нефти в стволе скважины может происходить либо за счет природной энергии нефтяной залежи W_n, либо за счет энергии искусственно вводимой в скважину с поверхности W_u, либо за счет пластовой и искусственно вводимой в скважину с поверхности энергий W_n + W_u.

Так как процесс движения продукции скважин от забоя до поверхности связан с определенными потерями, то сам процесс подъема возможен лишь при определенном соотношении энер­гии, которой обладает продукция скважины, и потерь энергии при ее движении. Основными видами потерь при движении газожидкостной смеси в скважине являются:

1. Потери энергии на преодоление веса гидростатического столба жидкости или смеси, W_гс (без учета скольжения газа).

2. Потери энергии, связанные с движением ее по подъемным трубам и через устьевое оборудование, W _лс.

3. Потери энергии за счет поддержания противодавления на устье скважины, необходимого для продвижения продукции скважины по наземным трубопроводам, W_у. Эта составляющая энергетического баланса не принимает никакого участия в процессе подъема, а представляет энергию, уносимую потоком жидкости за пределы устья скважины.

Отсюда баланс энергии в работающей скважине можно записать в виде:

(1)

Потери энергии, связанные с движением смеси по подъемным трубам и через устьевое оборудование W_лс,

— потери на трение, связанные с движением смеси по трубе W_mр , и потери на трение, связанные с относительным скольже­нием газа в жидкости W_ck;

— потери на местные сопротивления (движение смеси через муфтовые соединения труб и через устьевую арматуру) W_mc

— инерционные потери, связанные с ускоренным движением смеси W_ин.

С учетом этого выражение (1) может быть переписано следующим образом:

(2)

Анализ исследований, проведенных в нефтяных скважинах, показывает, что составляющие W_мс W_uн настолько малы в общем балансе энергии, что ими можно без большой погрешно­сти пренебречь. Тогда окончательно баланс энергии в скважине можно записать:

(3)

Под фонтанной эксплуатацией понимается такой способ подъема продукции скважины от забоя на поверхность, при котором располагаемая энергия на забое W_3a6 больше или равна энергии, расходуемой на преодоление различных сопро­тивлений W_с на всей длине скважины в процессе подъема, т.е. W_3a6≥ W_с.

Основными источниками естественного фонтанирования являются потенциальная энергия жидкости W_ж и газа W_г ,выделяющегося из нефти при давлении, меньшем давления насыщения. Таким образом, естественное фонтанирование осуществляется только за счет природной энергии W_n, которой обладает продукция скважины на забое W_заб:

(4)

В зависимости от соотношения забойного Р_з и устьевого Р_у давлений с давлением насыщения нефти газом Р_нас можно выделить три вида фонтанирования и соответствующие им три типа фонтанных скважин.

1-й тип — артезианское фонтанирование: Р_з>Р_нас , Р_у>Р_нас , то есть фонтанирование происходит за счет гидростатического напора (рис. 1,а). В скважине происходит перелив жидкости, по трубам движется негазированная жидкость. В затрубном пространстве между НКТ 1 и обсадной колонной 2 находится жидкость. Газ выделяется из нефти за пределами скважины в выкидной линии. Такое фонтанирование встречается крайне редко и характерно для пластов с аномально высоким пласто­вым давлением.

Рис. 1. Типы фонтанных скважин

а — артезианская; б — газлифтная с началом выделения газа в скважине; в — газлифтная с началом выделения газа в пласте; 1 — подъемные трубы;2 — эксплуатационная колонна.

2-й тип — газлифтное фонтанирование с началом выделе­ния газа в стволе скважины: Р_з >Р_нас>Р_у (рис. 1, б). В пласте движется негазированная жидкость, а в скважине, начиная с интервала, где давление становится равным давлению насыще­ния, движется газожидкостная смесь. По мере приближения к устью давление снижается, увеличивается количество свобод­ного газа, происходит его расширение, растет газосодержание потока, то есть фонтанирование осуществляется по принципу работы газожидкостного подъемника. При давлении у башмака НКТ Р>Р_нас в затрубном пространстве на устье находится газ и затрубное давление Р_затр обычно небольшое (0,1-0,5 МПа). Такой вид фонтанирования присущ большинству фонтанных скважин.

3-й тип — газлифтное фонтанирование с началом вы­деления газа в пласте: Р_нас>Р₃ (рис. 1, в), в пласте движется газированная жидкость, на забой к башмаку НКТ поступает газожидкостная смесь. После начала притока основная часть газа увлекается потоком жидкости и поступает в НКТ. Часть газа отделяется и поступает в затрубное пространство, где он накапливается, при этом уровень жидкости снижается и до­стигает башмака НКТ. Со временем наступает стабилизация и уровень устанавливается у башмака НКТ. Затрубное давление газа, как правило, высокое, почти достигает значений Р₁ и Р₃. Чем меньше расход и вязкость жидкости, больше расход газа у башмака, зазор между НКТ и эксплуатационной колонной, тем больше газа сепарируется в затрубное пространство.

Дата добавления: 2016-06-15 ; просмотров: 8442 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Видео:👨‍🎓 Для чего скважине на воду нужна эксплуатационная колонна 💦Скачать

Балансы энергии и давления в добывающей скважине. Факторы, определяющие выбор способа эксплуатации нефтяной скважины

Артезианские скважины. Такие скважины фонтанируют, когда пластовое давление больше гидростатического давления столба жидкости в скважине, т. Е.

где ρ_ж — плотность жидкости. При установившемся режиме экс­плуатации скважины забойное давление

Определяют его по уравнению притока в зависимости от де­бита скважины Q. При линейной фильтрации р_з = Рпл—(QIK), где К — коэффициент продуктивности скважины. Забойное дав­ление компенсирует гидростатическое давление столба жидко­сти, потери на трение при ее движении и давление на устье, необходимое для транспорта продукции, т. Е.

Потери давления на трение при движении жидкости по трубам рассчитывают по уравнению Дарси— Вейсбаха

Ртр = 8Λq 2 ρ_жН/π 2 d 5 ,

где λ — коэффициент гидравлического сопротивления; d — внут­ений диаметр труб. Так как эти потери пропорциональны длине трубы при турбулентном и ламинарном режимах течения, уравнение (VII. 1)—линейная функция давления относительно глубины скважины H (рис. VII. 1).

Фонтанные нефтяные скважины. Фонтанирование таких скважин может происходить и при пластовом давлении, меньшем, чем гидростатическое давление столба жидкости в скважине. Это обусловлено большим количеством растворен­ного в нефти газа. Со снижением давления во время подъ­ема продукции скважины в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) выделяется растворенный газ и образуется газожидкост­ная смесь плотностью ρ_см (ρ_см ρ_смGh. (VI 1.2)

Уравнение баланса давления имеет вид

где ρ_см — средняя плотность смеси вдоль колонны НКТ.

На рис. VII.2 показаны кривые изменения давления с глу­биной в фонтанных скважинах. На участке от забоя до точки, где давление равно давлению насыщения р_н, движется одно­родная жидкость, поэтому давление изменяется по линейному закону. При снижении_давления ниже р_н из раствора начинает выделяться газ и образуется газожидкостная смесь. Чем меньше давление (при приближении к устью скважины), тем больше выделится газа, а уже ранее выделившийся — расширится, т. Е. меньше будут плотность смеси и градиент давления. В этом случае давление вдоль лифта при движении газожидкостной смеси изменяется по нелинейному закону. Если забойное давле­ние меньше давления насыщения, то нелинейность указанной зависимости p = f(H) будет наблюдаться по всей глубине сква­жины. За счет изменения потерь на трение закономерность из­менения давления будет более сложной, чем на рис. VII.2.

Итак, количество свободного газа в смеси вдоль ствола скважины увеличивается по мере приближения к устью, соот­ветственно меняется и плотность смеси. Поэтому в формулах (VII.2) и (VII.3) принята средняя плотность смеси рем, соот­ветствующая среднему объему выделившегося газа, приходя­щегося на единицу массы или объема жидкости.

Механизированные скважины. При разработке ме­сторождения энергия на забое уменьшается вследствие паде­ния пластового давления или обводнения скважины. Тогда для поддержания дебита скважины постоянным необходимо сни­жать забойное давление. Рассмотрим кривые p = f(H) на рис. VII.2 (они смещаются влево). Давление на устье надает, что может стать недостаточным для транспорта продукции сква­жины к сборному пункту.

В процессе обводнения скважины увеличивается плотность жидкости и, что более существенно, уменьшается количество поступающего в скважину газа. Если р₃>р_н, практически весь газ выделяется из нефти, в воде же его содержание пренебре­жимо мало. В результате с ростом обводненности уменьшается количество газа в смеси и увеличивается ее плотность. Градиент давления возрастает, и при одном и том же забойном давлении это приводит к необходимости уменьшения устьевого давления.

Наступает момент, когда равенство (VII.3) не может быть выполнено и тогда необходим подвод дополнительной энергии (энергии сжатого газа или механической энергии насоса).

На рис. VII.3 и VII.4 показаны кривые изменения давления в газлифтной и насосной скважинах. При газлифтном способе эксплуатации для уменьшения плотности газожидкостной смеси на глубине L в продукцию нагнетают дополнительное количе­ство свободного газа. В результате под воздействием забойного р₃ давления обеспечивается подъем более легкой смеси и созда­ются условия, необходимые для транспорта продукции.

При насосном способе эксплуатации на глубину L спускают насос, давление на выкиде которого р_в достаточно для подъема продукции скважины.

🎦 Видео

💥 Что бывает со скважиной без кондуктора (внешняя обсадная колонна)Скачать

Как экономить на скважине!Скачать

Самые ХИТовые вопросы перед БУРЕНИЕМ скважины на воду 🎯 // FAQ-B - vol.1Скачать

Что делать если у вас «САМОИЗЛИВ СКВАЖИНЫ»? Что такое самоизлив? Как остановить самоизлив скважины?Скачать

#П.4 Уравнение баланса мощностей / мощность потребителя / мощность генератораСкачать

Вода прорвала почву на участке при бурении скважины. Это что за явление? 😱 Подпишитесь! 👇Скачать

Конструкция скважины: однотрубная или двухтрубная?Скачать

Как слабый дебит, со временем раскачивается до приемлимого.Скачать

КАК ЗА 5 минут ПРОВЕРИТЬ РАБОЧАЯ СКВАЖИНА ИЛИ НЕТСкачать

👨‍🎓 Что такое кондуктор и для чего он нужен скважине 💦Скачать

Инженер Олег Косицын⚒️ - технология и способы бурения, правильная конструкция, уголовка за 💩скважиныСкачать

Как повысить производительность(дебит) скважины на воду, герметичный скважинный оголовок.Скачать

Как увеличить дебит слабой скважины.Скачать

Снижение количества воды в скважине, кольматация.Скачать

✅Не делайте обустройство скважины, ошибки, обман продавцов, выбор автоматики и материалов [2023]Скачать

Гидроудар в СкважинеСкачать

Расчет дебита(производительности) скважины и подбор насоса.Скачать

👷‍♂️ А сколько лет вы в бурении?🛢Скачать