Расчет процесса освоения Компрессорным методом

Определим предельную глубину спуска башмака НКТ (или глубину установки пусковой муфты), исходя из возможностей используемого компрессора при закачке газа в кольцевое про­странство скважины Наибольшее давление на компрессоре возникнет в момент подхода уровня жидкости к башмаку НКТ.

Давление газа р _гна уровень жидкости, находящейся у баш­мака НКТ, будет в этот момент равно давлению столба жидко­сти р _т, действующего со стороны НКТ.

Величина р _гобусловлена давлением компрессора р_к, дав­лением, создаваемым весом газового столба ∆р_Lи потерей на трение при движении газа по кольцевому пространству р_тρ1 со знаком минус. Так что

, (IV.70)

С другой стороны,

, (IV.71)

Здесь р_у противодавление в выкидной трубе, обусловленное си­стемой сбора; ∆ р _ж — гидростатическое давление столба негази­рованной жидкости в НКТ, которое с учетом кривизны сква­жины равно

, (IV.72)

где ρ_ж — плотность скважинной жидкости; L — предельная глу­бина оттеснения уровня жидкости газом (глубина спуска баш­мака НКТ или пусковой муфты); β — средний угол кривизны скважины; р _{т р2} — потерн на трение жидкости в НКТ, которые прибавляются к давлению у башмака и поэтому должны быть взяты со знаком плюс.

Потери на трение (ρ_тр1 и р_тр2) могут быть определены как произведение падения давления на единице длины трубы (1 м) на общую длину, так что

(IV.73)

(IV.74)

где а _κ и а _Т определяются по обычным формулам трубной гид­равлики

(IV.75)

(IV.76)

Здесь D_в — внутренний диаметр обсадной колонны; d_H, d_в — наружный и внутренний диаметры НКТ соответственно; υ_к, υ_т— скорости движения газа в кольцевом пространстве и жидкости в НКТ соответственно; ρ_г, ρ_ж — средняя плотность газа в межтрубном пространстве и жидкости в НКТ соответ­ственно; λ_κ, λ_т — коэффициенты трения для газа в межтруб­ном пространстве и жидкости в НКТ соответственно, опреде­ляемые через число Рейнольдса.

Между скоростью понижения уровня жидкости υ_к в кольце­вом пространстве и скоростью движения жидкости в трубах υ_т существует очевидная связь

(IV.77)

Где - площадь сечения межтрубного пространства;

- площадь сечения НКТ.

Поэтому

(IV.78)

Определим связь скоростей с подачей компрессора q_o. Обычно q_o дается в м³/ мин газа, приведенного к стандартным условиям р_o и Т_o.Та же подача, приведенная кданным термо­динамическим условиям ρ и Тна основании законов состояния газов, будет равна

(IV.79)

Зная подачу компрессора q, определим скорость понижения уровня υ _к приего приближении к башмаку НКТ

м/с (IV.80)

Подставляя (IV.80) в (IV.78), получим

м/с (IV.81)

В формулах (IV.80) и (IV.81) в качестве ρ и Т могут быть приняты средние значения давления и температуры газа в меж­трубном пространстве.

Если предварительное вычисление средних значений ρ и Τ вызывает трудности, то без значительной погрешности можно принять

и

где Т _у— температура газа на устье скважины; T_L — темпера­тура на глубине L вабсолютных градусах К.

Давление от веса газового столба Δρ_L может быть опреде­лено по барометрической формуле.

Рассмотрим столб газа высотой d_x и плотностью r_г. Его гидростатическое давление равно

Если направление отсчета x не совпадает с направлением силы тяжести, т. е. с вертикалью, и составляет с этой верти­калью угол b, то

(IV.82)

По законам состояния газа

(IV.83)

Подставляя (IV.83) в (IV.82), имеем

(IV.84)

Разделяя переменные и полагая при этом, что z, Τ и β вдоль оси скважины не изменяются и равны средним значениям, и интегрируя в пределах по р от р_к до р_L (р_к<р_L) и по x соот­ветственно от 0 до L, где L, — глубина до башмака НКТ вдоль оси скважины, получим

Или

Умножая правую часть на l = ln e и освобождаясь от лога­рифмов, найдем

(IV.85)

Или

Здесь ρ_o — плотность газа при стандартных условиях, т. е. при р_о и T_o; z— коэффициент сжимаемости газа; Т=Т_ср— сред­няя абсолютная температура в скважине; z = z_cp — средний ко­эффициент сжимаемости газа; β = β_cp — средний угол кривизны скважины.

По формуле (IV.85) можно определить давление газа p_L на глубине L, если известно давление на устье р_к.

Функцию е^x можно разложить в ряд

(IV.86)

В формуле (IV.85) показатель степени при е

мал. Обычно х=0,1 —0,2, поэтому квадратом x можно прене­бречь и ограничиться двумя первыми членами ряда (IV.86). Тогда формулу (IV.85) можно переписать следующим образом:

(IV.87)

Давление, создаваемое весом газового столба ∆р_L, равно

(IV.88)

Подставляя (IV.87) в (IV.88), найдем

(IV.89)

По формуле (IV.89) наиболее просто определить давление от веса газового столба с достаточной для практических расче­тов точностью (δ % = 1 —2 %).

Таким образом, все слагаемые в равенствах (IV.70) и (IV.71) могут быть определены. Величины р_к и р_у заданы. Остальные ∆ p_L, ∆ р_ж, р_тр1, p_тр2 имеют множитель L.

У башмака НКТ давление газа на уровень жидкости со стороны кольцевого пространства и давление жидкости со сто­роны НКТ равны. Поэтому

(IV.90)

Подставляя в (IV.90) значения слагаемых, пропорциональ­ных глубине L, согласно (IV.89); (IV 72); (IV.73) и (IV 74) найдем

Откуда

, (IV.91)

Где

,

Величины а _к и а _т вычисляются по (IV.75) и (IV.76).

Формула (IV.91) позволяет определить предельную глубину спуска НКТ, при которой компрессором, развивающим макси­мальное давление р_к, можно оттеснить уровень жидкости до башмака. Обычно башмак НКТ необходимо спускать до забоя скважины (промывка, глушение, лучшее использование пласто­вой энергии и т. д.), т. е. на заданную глубину L, тогда давле­ние для освоения скважины компрессора р_к может быть опре­делено решением той же формулы (IV.91) относительно иско­мого давления р_к

(IV.92)

При современных глубинах и давлениях нельзя пренебре­гать, как это обычно делают, давлением веса газового столба, которое составляет примерно 10—13 % от давления газа на устье на каждые 1000 м глубины. Расчеты показывают, что величина а_к очень мала и для обычных подач компрессоров ею вполне можно пренебречь. Что касается а_т, то учет этого коэффициента дает изменение величины L на 30—60 м.

По изложенной методике были рассчитаны предельные глу­бины спуска башмака НКТ, обеспечивающие продавку сква­жины и ее освоение имеющимися типовыми компрессорами при различной плотности жидкости в вертикальной (β = 0) сква­жине и при закачке в нее газа (рис. IV. 14).

Если имеющимися техническими средствами не удается от­теснить уровень жидкости до башмака НКТ, то на предельной глубине L или на 20—30 м выше в колонне перед ее спуском в скважину устанавливается пусковая муфта с двумя-тремя отверстиями диаметром 2—4 мм. Оттесняемый давлением газа уровень жидкости в кольцевом пространстве обнажает отвер­стия пусковой муфты, и газ проникает через них в НКТ. Жидкость разгазируется, и давление на забое скважины сни­зится до величины, при которой начинается приток.

Рис IV.И. Зависимость предельной глубины спуска башмакаНКТ или муфты с рабочим отверстием от давления компрессора при разных плотностях скважинной жидкости:

1 — r=1250 кг/м³; 2 — r =1200; 3 — r= 1150; 4 — r = 1100; 5 — r =1050;

6 — r=1000, 7 — r =950; 8 - r=900.

Отверстия в колонне НКТ при установившейся работе сква­жины несколько снижают эффективность подъема и вызывают осложнения при промывке или глушении скважины. Поэтому вместо пусковой муфты на расчетной глубине L устанавливают специальные клапаны, о которых будет сказано позже.