Движение жидкости и газа в системе «пласт - скважина».

 

Закон Дарси

Движение жидкости и газа на конкретном участке пористой среды происходит под действием градиента давления. Согласно закону Дарси скорость v движения (фильтрации) жидкости (газа) в пористой среде прямо пропорциональна градиенту давления grad р, т.е. перепаду давления р, приходящемуся на единицу длины пути движения жидкости или газа и направлена в сторону падения давления:

 

 

В этой форме записи закона Дарси коэффициент пропорциональности равен подвижности жидкости, т.е. отношению проницаемости k породы к вязкости жидкости m.

Скорость фильтрации определяется отношением расхода жидкости w, протекающей через образец породы, к площади поперечного сечения образца S, расположенного перпендикулярно к направлению потока:

 

.

 

Принимая градиент давления на образце породы длиной L величиной постоянной

 

,

 

закон Дарси обычно записывают в виде формулы:

 

.

 

Истинная скорость движения жидкости в пористой среде больше скорости фильтрации, так как на самом деле жидкость движется не по всему сечению образца, а лишь по поровым каналам, суммарная площадь которых S₁ меньше общей площади образца S:

 

 

Здесь m_дин – динамическая пористость образца породы.

Очевидно, что

 

 

т.е. истинная скорость движения жидкости в пористой среде равна отношению скорости фильтрации к динамической пористости коллектора.

При фильтрации через пористую среду газа его объемный расход по длине образца изменяется в связи с уменьшением давления. Среднее давление по длине образца пористой породы принимают равным:

 

 

где р₁ и р₂ – соответственно давление газа на границах образца.

Средний объемный расход газа w_г при его изотермическом расширении по длине образца можно оценить по формуле, вытекающей из закона Бойля-Мариотта для идеальных газов:

 

 

где w₀ – расход газа при атмосферном давлении р_ат.

Закон Дарси при фильтрации газа записывается в виде формулы:

 

 

Здесь m_г – вязкость газа.

Закон Дарси – основной закон подземной гидродинамики – науки, на которой базируются методы проектирования и контроля процессов разработки нефтяных и газовых месторождений и методы промысловых исследований скважин и пластов.

 

Производительность скважин.

Формула Дюпюи.

Производительность добывающих нефтяных и газовых скважин характеризуется их дебитом, то есть количеством жидкости или газа, поступающим из них в единицу времени. По формулам Дарси можно рассчитать скорость фильтрации нефти и газа при установившемся плоскопараллельном фильтрационном потоке, когда все частички жидкости (газа) движутся по прямолинейным параллельным траекториям, например, в трубе.

Фильтрация жидкости или газа по пласту в районе расположения скважины в большинстве случаев имеет радиальный или близкий к нему характер; траектории частиц (линии тока) направлены по радиусам окружности, центр которой совпадает с центром скважины (рис. 1.15). Жидкость или газ движутся через ряд концентрически расположенных цилиндрических поверхностей, площадь которых по мере приближения к скважине непрерывно уменьшается.

Если кровля и подошва продуктивного пласта непроницаемы, толщина его постоянна и строение однородно, скорость фильтрации при постоянном расходе жидкости или газа непрерывно возрастает, достигая максимального значения на стенках скважины. Для оценки притока жидкости или газа к отдельным скважинам в этом случае применяют формулы, выведенные на основе закона Дарси для плоскорадиального фильтрационного потока.

При установившемся режиме радиальной фильтрации однородной жидкости для оценки дебита нефтяной скважины применяют формулу Дюпюи:

 

(1.28)

 

где w_пл - объемный дебит в пластовых условиях, см³/с; p - постоянная величина, равная 3,1415..., k - проницаемость, мкм²; h - толщина пласта, м; р₁ - давление на круговом контуре, имеющем радиус R₁, МПа; р₂ - давление на стенке скважины, МПа; r_с - радиус скважины; m - вязкость жидкости, мПа×с; символ ln - обозначение натурального логарифма, имеющего основание число е = 2,71828... Связь между натуральными и десятичными логарифмами какого-либо числа выражается соотношением In x = 2,3lg x. Поскольку в формулу Дюпюи входит отношение величин R₁ и r_с, то их можно выразить в любой размерности, одинаковой для R₁ и r_с. Коэффициент 10³ определяется выбором указанных размерностей.

Для расчета объемного дебита скважин по формуле Дюпюи принимают, что давление на стенке скважины равно измеренному забойному давлению р₂ = р_заб, а давление на круговом контуре радиусом R₁ равно пластовому р₁ = р_пл. Учитывая, что при эксплуатации нескольких скважин максимальное давление в пласте имеем примерно в средних точках расстояний между соседними скважинами, принимают R₁ = s_ср (s_ср - половина среднего расстояния между данной скважиной и соседними). Тогда формулу Дюпюи записывают в следующем виде:

 

(1.29)

 

Ошибки в определении s_ср вследствие того, что величина входит под знак логарифма, практически несущественно влияет на точность установления объемного дебита w_пл.

Объемный и массовый дебиты скважины, измеренные на поверхности, связаны с объемным дебитом в пластовых условиях следующими соотношениями:

 

 

Здесь b - объемный коэффициент нефти; r - плотность нефти на поверхности.

Для притока газа формула Дюпюи имеет тот же вид, что и для жидкости:

 

 

где w_г – объемный дебит скважины при давлении

 

;

 

m_г – вязкость газа в пластовых условиях.

Для приведения w_г к атмосферному давлению р_ат при пластовой температуре пользуются формулой:

 

(1.30)

 

где w_г – объемный дебит газовой скважины, см³/с; z – коэффициент сверхсжимаемости газа при пластовой температуре Т_пл.

На практике принято дебит газовых скважин измерять в тыс. м³/сут. и приводить его к стандартной температуре (Т_ст = 293 К) и атмосферному давлению (0,1 МПа):

 

где Т_пл - пластовая температура газа; множитель 11,57 = 10⁶ : 86400 (10⁶ - количество см³/в 1 м³; 86400 – время (секунды в сутках).

Приведенные формулы Дюпюи можно использовать для расчета дебита гидродинамически совершенных скважин, стенки которых имеют форму цилиндра с радиусом r_с и высотой h. Причем фильтрация жидкости или газа происходит по всей поверхности этого цилиндра, исключая площадь основания. Для гидродинамически несовершенных скважин радиальный характер линий тока в непосредственной близости от забоя нарушается, и рассчитанный по формуле Дюпюи дебит будет отличаться от действительного дебита скважины. Коэффициент совершенства скважины численно равен отношению дебита несовершенной скважины w_н.с. к дебиту w, который имела бы при том же перепаде давления р_пл - р_заб совершенная скважина того же радиуса

 

 

Для реальных скважин a изменяется в довольно широком диапазоне – от 0,15 до 1 и выше (например, при применении пескоструйной перфорации, торпедировании и т. п.).

 

ВИДЫ РЕМОНТОВ НЕФТЯНЫХ

И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

В соответствии с «Правилами ведения ремонтных работ в скважинах» (РД 153-39-023-97) составлен классификатор ремонтных работ в скважинах. Он систематизирует планирование и учет всех ремонтных работ в скважинах нефтяной промышленности по их назначению, основным видам, категориям скважин, способу проведения и отражает современный уровень развития этих работ.

 

Общие положения

1.1. Видами ремонтных работ различного назначения являются:

· Капитальный ремонт скважин;

· Текущий ремонт скважин;

· Скважино-операциия по повышению нефтеотдачи пластов и производительности скважины.

1.2. Капитальным ремонтом скважин (КРС) называется комплекс работ по восстановлению работоспособности скважин и продуктивного пласта различными технологическими операциями, а именно:

- восстановление технических характеристик обсадных колонн, цементированного кольца, призабойной зоны, интервала перфорации;

- ликвидация аварий;

- спуск и подъём оборудования для раздельной эксплуатации и закачки различных агентов в пласт;

- воздействие на продуктивный пласт физическими, химическими, биохимическими и другими методами;

- зарезка боковых стволов и продавка горизонтальных участков в продуктивном пласте;

- изоляция одних и приобщение других горизонтов;

- исследование скважины;

- ликвидация скважины.

1.3. Текущим ремонтом скважин (ТРС) называется комплекс работ, направленных на восстановление работоспособности внутрискважинного оборудования и работ по изменению режима и способа эксплуатации скважины.

1.4. Скважино-операцией ремонтных работ по повышению нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти является комплекс работ осуществления технологических процессов по воздействию на пласт и прискважинную зону физическими, химическими или биохимическими и гидродинамическими методами, направленными на повышение коэффициента конечного нефтеизвлечения на данном участке залежи.

1.5. Единицей ремонтных работ перечисленных направлений (ремонт, скважино-операция) является комплекс подготовительных, основных и заключительных работ, проведенных бригадой текущего, капитального ремонта скважин или звеном по интенсификации или другими специализированными организациями от передачи им скважины заказчиком до окончания работ, предусмотренных планом и принимаемых по акту.

1.5.1. Если после окончания работ скважина не отработала 48 часов гарантированного срока или не вышла на установленный режим в связи с некачественным проведением работ запланированного комплекса по вине бригады КРС или звена по интенсификации, то не зависимо от того, какая бригада будет осуществлять дополнительные работы на скважине, считать их продолжением выполненных работ без оформления на них второго ремонта или скважино-операции.

1.6. Ремонтные работы в скважинах в отрасли проводятся тремя основными способами доставки к заданной зоне ствола инструмента, технологических материалов (реагентов) или приборов:

1) с помощью специально спускаемой колонны труб;

2) путём закачивания по НКТ или межтрубному пространству;

3) на кабеле или на канате.

Планирование и учет по каждому виду ремонта отдельной строкой, обозначая каждый из них соответствующим индексом:

КР1-2 – отключение отдельных пластов с установкой подъёмника;

КР1-2/БПГ – отключение отдельных пластов закачкой тампонажных материалов с устья без установки подъёмника (гидравлический способ)

КР1-2/БПК – отключение отдельных пластов спуском инструмента на тросе или кабеле без установки подъёмной мачты через стационарно спущенный лифт (канатно-кабельный способ).

1.7. Комплекс технологических работ, включающий в себя несколько видов ремонтов, считается одним скважино-ремонтом и обозначается в графе 1 формы учета суммой их шифров.

Все виды капитального и текущего ремонтов, в пределах одного скважино-ремонта, включается в форму учёта капитального ремонта скважины по схеме:

ТР4-1 (смена насоса) + ТР4-6 (опрессовка НКТ) + ТР4-7 (пропарка НКТ).

 

Принятые сокращения

КР – капитальный ремонт;

ТР – текущий ремонт;

ПНП – повышение нефти отдачи пластов;

НКТ – насосно-компрессорные трубы;

УЭЦН – установка погружного центробежного электронасоса;

УЭДН – установка погружного электродиафрагменного насоса;

УЭВН – установка погружного электровинтового насоса;

ШГН – штанговый глубинный насос;

УШВН – установка штангового винтового насоса;

ГПН – гидропоршевый насос;

ПАВ – поверхностно-активное вещество;

ГПП – гидропескоструйная перфорация;

ГРП – гидроразрыв пласта;

ГГРП – глубокопроникающий гидравлический разрыв пласта;

ОРЗ – оборудование раздельной закачки;

ОРЭ –оборудование раздельной эксплуатации;

ВС – вертикальная скважина;

НС – наклонная скважина;

ГС – горизонтальная скважина;

ПЗП – призабойная зона пласта;

КЗП – комплект защиты пласта;

ОПЗ – обработка призабойной зоны пласта;

ВИР – водоизоляционные работы;

ИПТ – испытатели пластов;

КИИ – комплекс испытательных инструментов;

БПГ – без подъёмника гидравлическим способом;

БПК – без подъёмника канатно-кабельным способом.

 

 

Виды ремонтов

Капитальный ремонт скважин

К капитальным ремонтам скважин относятся работы, представленные в табл. 1.4.

Таблица 1.4.