Определение температурного режима работы горизонтальных скважин

Определение температурного технологического режима работы горизонтальных газовых скважин при отсутствии зоны многолетнемерзлых пород в разрезе ствола скважины

Для разработки методов определения температурного режима эксплуатации горизонтальных газовых скважин необходимо учесть их конструктивные особенности и изменение температурного поля по стволу скважин с различными радиусами кривизны. Для удобства определения температурного режима с приемлемой точностью горизонтальные скважины по величине радиуса кривизны разделены на две группы на скважины:

– с большим и со средним радиусом кривизны, в которых искривленные участки ствола существенно влияют на изменение температуры по стволу скважины;

– с малым радиусом кривизны, в которых изменение температуры по стволу может быть определено без учета искривленного участка. Это означает, что в скважинах с малым радиусом кривизны ствол может быть условно разделен на два участка: вертикальный и горизонтальный. При расчете распределения температуры газа по вертикальному участку длину искривленного участка, которая составляет всего несколько метров, следует добавить к длине вертикального участка. В реальных условиях на температурный режим работы горизонтальных скважин существенно влияет наличие многолетнемерзлых пород в разрезе ствола. По глубине залегания нижней границы мерзлоты, наличие которой предопределяет распределение температуры, можно выделить два случая: многолетняя мерзлота частично (или целиком) охватывает только вертикальный участок ствола скважины, и когда охватывает вертикальный и, частично, искривленный участки ствола. Во втором случае, необходимо определить геотермический градиент отдельно для вертикального (Г_мв) и для искривленного (Г_м.искр) участков. Практически постоянная температура газа за фонтанными тубами имеет место в двух случаях: когда фонтанные трубы теплоизолированы и, когда значительный участок ствола скважины охвачен слоем шельфовых вод. Таким образом, для определения температурного технологического режима работы горизонтальных газовых скважин необходимо учесть: конструкцию горизонтальной скважины, глубину залегания многолетнемерзлых пород, а также характер изменения температуры окружающих ствол скважины пород.

Методы расчета распределения температуры газа по стволу горизонтальных газовых скважин различных конструкций в различных геологических условиях изложены в главе 3.

Температурный технологический режим работы горизонтальной скважины с большим и со средним радиусом кривизны

В горизонтальных скважинах изменение температуры газа происходит на вертикальном, искривленном и горизонтальном участках ствола (см. рисунок 6.8).

При обосновании температурного технологического режима работы горизонтальных скважин, в зависимости от ожидаемых изменений дебита, депрессий и конструкции фонтанных труб, следует пользоваться:

- единой методикой для скважин с большим и со средним радиусом кривизны;

- и отдельной методикой для скважин с малым радиусом кривизны, где на искривленном участке изменение температуры пренебрежимо мало из-за незначительной длины этого участка.

Рисунок 6.8 – Схема горизонтальной скважины при отсутствии зоны многолетнемерзлых пород в разрезе ствола скважины.

При определении температурного технологического режима горизонтальных газовых скважин с большим и со средним радиусом кривизны, следует рассматривать изменение температуры на горизонтальном, искривленном и вертикальном участках ствола.

Температура у сечения, где происходит поворот ствола от горизонтального направления к искривленному, Т_зп связана с изменением температуры газа от Т_пл к Т_зп из-за создания депрессии на пласт, а также с изменением температуры газа при движении от торца к повороту в результате потерь давления на трении на этом участке.

Температура газа на переходе от горизонтального участка ствола к искривленному, приближенно может быть определено по формуле (3.146).

Как правило, Т_зт не значительно ниже температуры окружающей горизонтальный участок ствола среды, т.е. пластовой температуры Т_пл. Из-за близости температур по длине горизонтального ствола и практически постоянной температуры окружающей ствол среды Т=Т_пл, вследствие небольшого теплообмена формулу (3.146) можно заменить на (3.148).

При практических расчетах температуру газа на переходе ствола от горизонтального участка к искривленному можно принять, как Т_зп, величину, которую в пределах толщины пласта, с допустимой для практики погрешностью, можно оценить по формуле (3.130).

Распределение температуры газа при его движении по искривленному участку ствола скважины, определяется по формуле (3.151).

Геотермический градиент в пределах искривленного участка определяется, исходя из длины этого участка, по формуле (3.152).

Длина искривленного участка определяется по двум показателям:

1. Возможностью по имеющимся технологиям бурения горизонтальных скважин перевода ствола от вертикального направления к горизонтальному;

2. Необходимостью размещения горизонтального участка по площади нефтегазоносности, обеспечивающей равномерное вовлечение в разработку ресурсов нефти и газа по всей площади путем увеличения радиуса кривизны. Этот показатель особенно важен, когда разбуривание залежи происходит с весьма дорогостоящих платформ. При прохождении газа по стволу с большим радиусом кривизны изменение температуры будет значительно больше, чем при движении на вертикальном участке ствола в пределах Н_верт. Это связано с тем, что газ двигаясь по искривленному участку, как правило преодолевает значительно большее расстояние равное L_иск, где L_иск>H_иск. При этом α – размерный коэффициент определяется по формуле (3.153).

При расчете температурного технологического режима работы проектных скважин длину искривленного участка следует определить по формуле (3.154).

Распределение температуры газа при его движении по вертикальному участку ствола скважины, следует определять по формуле (3.155).

Геотермический градиент Г_в на вертикальном участке следует определить по формуле (3.156).

Размерный коэффициент α в формуле (3.155), определяется по формуле (3.157), а безразмерная функция времени f_в(τ), определяется по формуле (3.158).

По результатам расчета распределения температуры газа на отдельных участках ствола величина температуры газа на устье Т_у должна оказаться больше равновесной температуры гидратообразования Т_р, т.е. Т_у>Т_р. Влияние наличия в стволе фонтанных труб, обсадной колонны, промежуточных колонн и цементного камня при длительной работе скважины на заданном режиме не существенно и произвести учет влияния этих факторов можно методами, изложенными в [18].