Фонтанный способ эксплуатации скважин

1.2 Фонтанирование за счет энергии газа
Большинство фонтанных скважин работает за счет энергии газа и гидростатического напора жидкости одновременно. В таких скважинах . Таким образом, в нижней части колонны труб перемещается одна фаза (жидкость), а на глубине, где давление равно начинается выделение газа из нефти, и в верхней части колонны движется двухфазный поток (жидкость и газ).
При эксплуатации скважин встречаются также случаи, когда имеет место неравенство. Тогда по всей длине колонны труб в скважине движется двухфазный поток.
Состояние смеси жидкости и газа при движении вдоль колонны подъёмных труб изменяется в зависимости от соотношения объемных потоков обеих фаз (жидкого и газообразного), средней скорости смеси и диаметра подъемных труб. В соответствии с этим выделяются три моды такого движения газожидкостной смеси (рис. 1.1), между которыми происходят плавные переходы.
На практике есть все три режима, и они могут быть одновременно в одном столбце: внизу - первый режим, посередине - второй и верхний - третий.
Второй режим наиболее распространен в практических условиях. Первый режим похож по второму; третий режим происходит только на самой верхней части колонны и при очень высоком соотношении газ-жидкость.
Падение давления, необходимое для подъема жидкости через стояковую трубу, определяется полезными работами по подъему смеси и величине потерь жидкости и газа при движении по линии подъёмной трубы, в скважине движется двухфазный поток, благодаря которому улучшается проходимость скважины и повышается коэффициент полезного действия, полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии.
- на преодоление трения жидкости и газа о стенки труб;
- потерь, возникающих вследствие разных скоростей движения газа и жидкости (при этом газ движется быстрее и проскальзывает через жидкость), потерь скольжения;
- потерь вследствие ускорения движения жидкости и газа, а также вследствие изменения скорости движения при входе жидкости в башмак подъемных труб. Потери последнего вида весьма малы, поэтому ими можно пренебречь.
Исходя из этого, перепад давлений в метрах столба жидкости между башмаком и устьем колонны можно определить из равенства.
- напор, необходимый для выполнения полезной работы; - напор, обусловленный скольжением газа; - напор, расходуемый на преодоление сил трения.
Потери относительного движения находятся в обратной зависимости от скорости движения, силы же трения возрастают от повышения скорости движения.
Оценка потерь трения и потерь скольжения вследствие сложного движения смеси представляет для теоретического обоснования весьма трудную задачу.
С целью получения основных зависимостей, характеризующих работу газожидкостного подъемника, А.П. Крыловым проведены экспериментальные работы, в результате которых получен ряд зависимостей между параметрами подъемника.
В большинстве случаев противодавление на устье скважины превышает атмосферное давление, так как необходимо создать напор для движения смеси в промысловых коммуникациях.
Если давление на забое выше давления насыщения, то под величиной понимается расстояние от устья скважины до сечения, где начинается выделение газа.
-расстояние от башмака до сечения, где начинается выделение газа; - глубина скважины, получим
Рассматривая работу газожидкостного подъемщика, необходимо отметить два принципиально отличных режима его работы:
1) работа на режиме нулевой подачи;
2) работа на режиме.
Работа на режиме нулевой подачи возможна в двух случаях.
Во-первых, когда (работа подъемника в интервале 0-1). Потери давления в данном случае обусловлены потерями на преодоление гидростатического веса смеси (жидкости), потерями на скольжение газа и пренебрежимо малыми потерями на трение, возникающими при подъеме смеси до устья по мере насыщения ее свободным газом. Физически явление представляет собой барботаж газа через столб жидкости.
Во-вторых, когда (работа подъемника за точкой 4). Физически этот случай работы подъемника отражает движение газа, причем вся энергия расходуется на преодоление сил трения (весом газа пренебрегают).
Рост объемного расхода газа приводит к росту объемного расхода жидкости, что связано со снижением плотности газожидкостной смеси и незначительным увеличением потерь на трение. При этом градиент суммарных энергетических затрат снижается. В данном случае снижение плотности смеси при увеличении расхода газа оказывается преобладающим по сравнению с ростом. потерь на трение. Эго явление наблюдается до точки 3, в которой суммарный градиент потерь невысок, а объемный расход жидкости максимален. Начиная от точки 3, увеличение объемного расхода газа приводит к снижению объемного расхода жидкости, что связано со значительным ростом потерь на скольжение и трение, причем незначительное снижение плотности смеси не компенсирует их роста. Суммарный градиент потерь возрастает, что ведет к снижению дебита жидкости. При рассмотрении постоянными остаются следующие параметры: длина подъемника, давления.
Поэтому точка пересечения линий Гэф(Pс) и Rопт(Pс) для нового, увеличенного значения n переместится вправо (точка В). Таким образом, при увеличении обводненности минимально необходимое для фонтанирования давление на забое скважины увеличивается. Так можно рассчитать минимальные давления фонтанирования для разных обводненностей n и получить новую зависимость Pс(n) для прогнозирования возможностей фонтанного способа добычи. Область значений Pс , превышающих минимальное давление фонтанирования, - это область, в которой выделяющееся в скважине количество газа Гэф больше минимально необходимого Rопт .