Фонтанная эксплуатация скважин

Подъем нефти в стволе скважины может происходить либо за счет пластовой энергии , либо за счет пластовой и искусственно вводимой в скважину с поверхности энергий Е_и. В стволе скважины энергия расходуется на преодоление силы тяжести гидростатического столба нефти с учетом противодавления на выкиде скважины (на устье) и сил сопротивлений, связанных с движением -путевого (гидравлическое трение), местного (расширение, сужение, изменение направления потока) и инерционного (ускорение движения). Эти силы вызывают соответствующие расходы энергии: . Отсюда баланс энергии в работающей (подающей на поверхность нефть) скважине можно записать в виде . В общем балансе расходы энергии на местные сопротивления очень малы, поэтому ими всегда пренебрегают. Если скважина работает за счет только пластовой энергии, которой обладает нефтяной пласт (залежь), то такой способ ее эксплуатации называют фонтанным, а само явление - фонтанированием. Понятно, что при фонтанном способе . Если скважины не могут фонтанировать, то их переводят на механизированный способ эксплуатации: газлифтный или насосный, когда и . В этом случае за счет пластовой энергии нефть поднимается только на высоту, меньшую глубины скважины, то есть уровень жидкости в скважине не доходит до устья (выкида) скважины. Для поднятия жидкости до устья и подачи ее в выкидную линию (сборный трубопровод) требуется ввести в скважину искусственную энергию . При газлифтном способе в скважину вводят энергию сжатого газа , а при насосном — энергию, создаваемую насосом.

 

При эксплуатации скважины любым (фонтанным, газлифтным, насосным) способом по мере передвижения нефти по стволу с забоя на поверхность вследствие уменьшения давления из нее выделяется растворенный газ, если давление меньше давления насыщения нефти газом, и образуется газожидкостная смесь.

Выделившийся газ в восходящем потоке аналогично газу, вводимому в скважину при газлифтном способе, выполняет работу по подъему жидкости в трубе, то есть выполняет роль подъемника жидкости (газожидкостного подъемника), причем жидкость может быть однофазной (нефть) или двухфазной (смесь нефти и воды).

В зависимости от соотношения забойного и устьевого давлений с давлением насыщения нефти газом (от местоположения начала выделения газа из нефти) можно выделить три вида фонтанирования и соответствующие им три типа фонтанных скважин.

I-й тип — артезианское фонтанирование: , , то есть фонтанирование происходит за счет гидростатического напора (рис. 3.1.1 а). В скважине происходит перелив жидкости, движется негазированная (без свободного газа) жидкость (аналогично артезианским водяным скважинам). В затрубном пространстве между насосно-компрессорными (подъемными) трубами 1 и обсадной эксплуатационной колонной 2 находится жидкость, в чем можно убедиться, открыв, например, трехходовой кран под манометром, показывающим затрубное давление . Газ выделяется из нефти за пределами скважины в выкидной трубе.

II-й тип — газлифтное фонтанирование с началом выделения газа в стволе скважины: , (рис. 3.1.1, б). В пласте движется негазированная жидкость, а в скважине — газожидкостная смесь (смесь жидкости и свободного газа). При давлении у башмака НКТ в затрубном пространстве на устье находится газ и обычно небольшое (0,1—0,5 МПа).

Так как , то по мере подъема нефти давление снижается, увеличивается количество свободного газа, происходит его расширение, растет газосодержание потока, то есть фонтанирование осуществляется по принципу работы газожидкостного подъемника.

III-й тип — газлифтное фонтанирование с началом выделения газа в пласте: (рис. 3.1.1,в). В пласте движется газированная жидкость,

 

 

 

а - артезианская, б - газлифтная с началом выделения газа в скважине, в- газлифтнаяс началом выделения газа в пласте, 1- подъёмные трубы, 2- эксплуатационная колонна

 

Рисунок 3.1.1. Типы фонтанных скважин

на забой и к башмаку НКТ поступает газожидкостная смесь. После начала притока основная масса газа увлекается потоком жидкости и поступает в НКТ. Часть газа отделяется (сепарируется) и поступает в затрубное пространство, где газ барботирует (всплывает) в относительно неподвижной жидкости. В затрубном пространстве накапливается газ, уровень жидкости снижается и достигает башмака НКТ. Со временем наступает стабилизация и при уровень всегда устанавливается у башмака НКТ. Затрубное давление газа, как правило, высокое, почти достигает значений P₁ и P₃.

При наличии утечек газа из затрубного пространства (через негерметичности в резьбовых соединениях НКТ, обсадной колонне, устьевом оборудовании) уровень будет находиться выше башмака НКТ. Чем меньше расход и вязкость жидкости, больше расход газа у башмака, зазор между НКТ и эксплуатационной колонной, тем больше газа сепарируется в затрубное пространство.