Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений

В Ивано-Франковском институте нефти и газа под руко­

с НКТ спускают устройство для обработки скважин УОС-1 или корпус устройства эжекторного для освоения скважин УЭОС-1.

Устройство УЭОС-1 спускается под действием собственного

высоким давлением по НКТ через устройство, а смесь рабочей и пластовой жидкостей выходит по затрубному пространству, отделенному от пласта пакером. В результате под пакером сни­ жается давление (создается депрессия). После прекращения подачи рабочей жидкости давление на пласт восстанавливается. Одну обработку выполняют 20—30 циклами при продолжитель­ ности воздействия за каждый цикл 5—10 мин. В результате цик­ лического воздействия на пласт в режиме депрессия — восста­ новление забойного давления происходит очистка призабойной зоны.

Этот метод широко применяется на месторождениях Запад­ ной Сибири для вызова притока, очистки призабойной зоны, а также для удаления продуктов реакции после кислотной об­ работки.

Контрольные вопросы

1.Охарактеризуйте работы по вскрытию продуктивного пласта буре­ нием и перфорацией с позиций безаварийного их осуществления, сохранения фильтрационной способности коллектора и достижения высокого гидроди­ намического совершенства скважин.

2.Как определяют параметры гидропескоструйной перфорации при ее

проектировании?

3. Как вызывают приток жидкости в скважины?

4. Нарисуйте кривые распределения температуры вдоль ствола нефтя­ ной скважины. Какими факторами обусловлен их характер? Запишите урав­ нение естественной геотермы.

5.Нарисуйте типичные индикаторные линии. Как их обрабатывают?

6.Назовите причины искажения кривых восстановления давления в сква­ жинах, обрабатываемых методом касательной? Покажите характер искаже­ ния на графиках.

7.Расскажите о методике оценки скин-эффекта и типа коллектора по разностным кривым восстановления давления.

8.Как оценить возможное давление нагнетания на устье скважины при осуществлении гидроразрыва пласта?

9.Зачем и как проводят тепловую обработку призабойной зоны пласта?

10. Охарактеризуйте основные компоненты солянокислотного раствора.

11. Расскажите об обработках призабойной зоны с использованием гра­ нулированного магния.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОДЪЕМНИКА

При эксплуатации скважины любым (фонтанным, газлифтным, насосным) способом по мере передвижения нефти по стволу с забоя на поверхность из нее обычно выделяется растворен­ ный газ и образуется газожидкостная смесь. Закономерности движения газожидкостной смеси намного сложнее, чем одно­ родной жидкости или газа. Выделившийся газ в восходящем потоке производит работу по подъему жидкости в трубе, т. е. выполняет роль подъемника жидкости. Жидкость может быть однофазной (нефть) или двухфазной (смесь нефти и воды). Общие для всех способов эксплуатации скважин вопросы дви­ жения газожидкостной (двух-, трехфазной) смеси отдельно рас­ смотрены ниже.

§ 6.1. БАЛАНС ЭНЕРГИИ В ДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЕ

Подъем флюидов в стволе добывающей скважины может про­ исходить либо за счет пластовой энергии (£„л), либо за счет пластовой (£пл) и искусственно вводимой с поверхности в сква­ жину (£„) энергий. На забой скважины поступают из пласта флюиды, которые обладают потенциальной энергией, обуслов­ ленной действием сил гидродинамического давления (см. § 1.2). В стволе скважины энергия расходуется на преодоление силы тяжести гидростатического столба смеси (Есм), сил путевого (£тр), местного (Е„) и инерционного (Еии) сопротивлений, ко­ торые связаны с движением, а также на транспорт продукции скбажины от устья до пунктов сбора и подготовки (£ тРансп). Отсюда баланс энергии в работающей скважине можно запи­ сать в виде:

Анализ результатов лабораторных и скважинных исследова­ ний убеждает, что в общем балансе энергия Ем составляет очень малую величину, поэтому ею пренебрегают. Тогда уравнение баланса энергий

212

причем фонтанирование скважины возможно как за счет энер­ гии жидкости £ ж. так и за счет энергии сжатого газа Ег.

При £ и> 0 и £ пл^0 способ эксплуатации скважины назы­ вают механизированным — газлифтным или насосным. При газ­ лифтном способе в скважину дополнительно вводится искус­ ственная энергия сжатого газа Ег, а при насосном — потенци­ альная и кинетическая энергии. Рассмотрим подъем жидкости за счет энергии сжатого газа (поступающего вместе с нефтью из пласта или искусственно вводимого в скважину), что харак­ терно для фонтанного и механизированного способов, т. е. ра­ боту газожидкостного подъемника.

§6.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОДЪЕМНИКА

ИЕГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ

Характеристика газожидкостного подъемника

Принципиальная схема газожидкостного подъемника показана на рис. 6.1. В водоем с постоянным уровнем погружены подъ­ емные трубы 1 длиною L на глубину hi. К нижнему концу подъ­ емных труб (к башмаку труб) по трубам 2 (линия газоподачи) подводится газ. В подъемных трубах газ всплывает в жидкости в соответствии с законом Архимеда и образуется газожидкост­ ная смесь, которая поднимается на высоту h'. Поскольку трубы 1 и водоем являются сообщающимися

приравнивая которые, получаем

Эта энергия подводится к башмаку труб для подъема жид­ кости. Так как под Vcp и Vo понимаем объем рабочего агента за единицу времени, формулы (6.9) и (6.11) выражают общую затраченную мощность. Таким образом, коэффициент полезного действия

Так как <7/Vo=tg£, где £— угол наклона прямой, проведен­ ной из начала координат через точку кривой лифтирования, то из рис. 6.2 следует, что максимальное значение т)п соответствует точке касания касательной, поскольку только для нее угол £ максимальный. При rin=max значение #o=min. Для точек А и D т)п=0 и R(r+oo (см. рис. 6.2). Отрезок ВС кривой q (Vo) называют рабочей ветвью кривой лифтирования, так как работа подъемника характеризуется большими значениями q, т)п и ма­ лыми значениями R0. Графическая зависимость q(Vo) на рис. 6.2 получена при заданном значении относительного погруже­ ния труб под уровень жидкости

Результаты экспериментов показали, что в общем случае подача q газожидкостного подъемника является функцией мно-( гих параметров:

где р, р — соответственно отношения плотностей и абсолютных вязкостей жидкости и газа; о — поверхностное натяжение на границе раздела газ — жидкость. Семейства кривых лифтиро­ вания в зависимости от определяющих параметров представ­ лены на рис. 6.3. Из анализа этого рисунка и уравнения (6.14) следует, что с увеличением рь уменьшением р2 или L подача q возрастает. Поскольку с увеличением hi или же pi потребуется меньший расход газа для наступления перелива, то чем больше е, тем выше должна быть расположена кривая лифтирования. Зависимость q(V0) при е=1 является граничной, выходящей из начала координат. Случаю е> 1 соответствует естественное фон­ танирование, так как при расходе закачиваемого газа Vo=0 подача q> 0, причем закачкой газа ее можно увеличить. При

216

е=0 осуществить процесс лнфтирования невозможно. Из пре­ дыдущих рассуждений относительно пропускной способности труб и из формулы (6.8) становится понятным, что с увеличе­ нием диаметра d кривые лнфтирования смещаются вправо и вверх соответственно вдоль осей Vo и <7 (см. рис. 6.3).

Расчетные формулы А. П. Крылова

Аналитически обработав результаты экспериментов, А. П. Кры­ лов предложил расчетные формулы для нулевого, оптимального и максимального режимов:

В данных формулах необходимо пользоваться 'следующими единицами физических величин: q, Vo— м3/с; L, d — м; р — кг/м3; g — м/с2; р — Па; R0— м3/м3.

Анализ формул (6.16) и (6.17) показывает, что с увеличе­ нием е от 0 до 1 значение qwx возрастает от 0 до 55d3, a q0пт растет от 0 до наибольшего значения (10,225 d3) при е= 0,6, за­ тем уменьшается до нуля. Отсюда следует, что для достижения наибольшей оптимальной подачи необходимо обеспечивать на­ гружение е= 0,6.

Структуры течения газожидкостной смеси

Подъем газожидкостной смеси сопровождается относительным движением в жидкости газовых пузырьков различных размеров (скольжением газа). Скорость всплывания пузырька как ре­ зультат совместного действия архимедовой силы и силы сопро­ тивления жидкости зависит от многих факторов (размера пу­ зырька, вязкости жидкости, плотностей жидкости и газа, физи­ ческих свойств поверхности раздела, взаимодействия пузырьков,

мости от этого выделяют структуры газожидкостной смеси (режимы двухфазного потока). Установившейся классификации структур не имеется. Применительно к практике нефтедобычи наиболее естественным является выделение трех структур: пу­ зырьковой (эмульсионной, пенной); пробковой (снарядной, не­ точной) ; стержневой (дисперсно-кольцевой).

Пузырьковая структура характеризуется более или менее равномерным распределением в жидкости газовых пузырьков, размер которых значительно меньше диаметра трубы. Если со-' держание газа в смеси увеличенное, то вследствие слияния (укрупнения, коалесценции) части пузырьков образуются газо­ вые пробки, перекрывающие все сечение трубы. Большее содер­ жание газа обусловливает за счет слияния отдельных пробок образование стержневой структуры. При этом основная масса газа движется по центру трубы в виде стержня, в котором дис­ пергированы частицы жидкости, а жидкость — по стенке трубы в виде кольцевой пленки.

218