6. Расчет артезианского фонтанирования
Условные обозначения: Рнас - давление насыщения, Па; Рз - забойное давление, Па; Рст - гидростатическое давление, Па; Ру - давление на устье (выкиде) скважины, Па; Q - объемный дебит скважины, м3/с; Н - глубина скважины, м; d - внутренний диаметр НКТ, м; - плотность жидкости, кг/м3; - коэффициент гидравлического сопротивления; g- ускорение свободного падения, м/с2; - кинематическая вязкость, м2/с.
Фонтанный способ эксплуатации может применяться в тех случаях, когда энергии пласта достаточно для подъема жидкости от забоя до поверхности (рисунок 6.1). Фонтанирование может происходить за счет гидростатического давления пласта или за счет энергии растворенного в нефти газа.
Уравнение баланса давлений в фонтанной скважине можно записать в следующем виде:
Рз - Ру = РСТ + РТР + РИН, (6.1)
Потерями давления на инерционные сопротивления (Рин) в расчетах ввиду малости пренебрегают.
Рис. 6.1. Схема фонтанной скважины: 1 - эксплуатационная колонна; 2 - колонна насосно-компрессорных труб; 3 - затрубная задвижка; 4 - затрубный патрубок; 5 - колонный фланец; 6 - фонтанная арматура; 7 - центральная задвижка; 8 - лубрикаторная (буферная) задвижка; 9 - манометр; 10 - штуцер; 11 - манифольдная задвижка; 12 - рабочий манифольд; 13 - обратный клапан.
При артезианском фонтанировании подъем жидкости осуществляется за счет энергии пласта, то есть при давлении на устье скважины большем либо равном давлению насыщения (Ру Рнас).
Условие артезианского фонтанирования можно выразить следующим образом:
рЗАБ > pСТ + рТР + рУ. (6.2)
Давление, оказываемое столбом жидкости, рассчитывается по формуле:
pСТ = gH. (6.3)
Потери давления на трение рТР можно определить следующим образом:
Н Q2
РТР = 0,811 . (6.4)
d5
Величина коэффициента гидравлического сопротивления зависит от режима течения жидкости:
- для ламинарного режима течения (Re < 2320)
= 64/Re, (6.5)
- для турбулентного (Re > 2320)
= 0,3164/Re0,25; (6.6)
- число Рейнольдса (Re) рассчитывают по формуле:
Q
Re = . (6.7)
0,785 d.
Коэффициент полезного действия подъемника рассчитывается по формуле:
NПОЛ
= , (6.8)
NЗАТР
где NПОЛ = .g.H.Q - полезная мощность, Вт; NЗАТР = Q.(Рз-Ру) - затраченная мощность, Вт;
Подставив значения полезной и затраченной мощности в (6.8), получим следующее выражение к.п д. подъемника (в долях ед.):
gHQ 1
= = . (6.9)
Q(Рз-Ру) 8Q2
1 +
2d5g
Задача 6.
По исходным данным (таблица 6.1) рассчитать забойное давление фонтанирования за счет гидростатического напора пласта; определить к.п.д. процесса фонтанирования и потери давления на трение.
Таблица 6.1
Исходные данные для расчета забойного давления
Вариант |
Дебит скважины,
м3/сут |
Глубина скважины,
м |
Давление насыщения нефти газом, МПа |
Плотность нефти,
кг/м3 |
Кинематическая вязкость, 10-6 ,
м2/с |
Внутрен-ний диаметр НКТ, м |
|
1 |
98 |
2010 |
7,3 |
785 |
5,0 |
0,05 |
|
2 |
110 |
2200 |
7,1 |
884 |
4,7 |
0,062 |
|
3 |
124 |
2250 |
6,5 |
869 |
5,3 |
0,05 |
|
4 |
148 |
2050 |
6,1 |
895 |
3,2 |
0,062 |
|
5 |
252 |
1500 |
6,6 |
879 |
5,8 |
0,062 |
|
6 |
289 |
1460 |
6,4 |
852 |
4,7 |
0,076 |
|
7 |
180 |
2280 |
6,0 |
835 |
3,6 |
0,05 |
|
8 |
220 |
1720 |
7,2 |
770 |
6,0 |
0,062 |
|
9 |
170 |
2350 |
7,5 |
802 |
6,5 |
0,05 |
|
10 |
195 |
2400 |
7,8 |
815 |
3,4 |
0,05 |
|
11 |
208 |
1400 |
6,0 |
829 |
6,8 |
0,076 |
|
12 |
135 |
1930 |
8,2 |
780 |
7,1 |
0,062 |
|
13 |
160 |
2100 |
7,9 |
850 |
5,4 |
0,062 |
|
14 |
265 |
970 |
6,2 |
862 |
3,1 |
0,076 |
|
15 |
132 |
1050 |
7,4 |
880 |
3,9 |
0,075 |
|