Экологическая и технико-экономическая задача.

Методика расчетов параметров ПГЖС для бурения и освоения продуктивных коллекторов с АНПД.

Поскольку плотность ГЖС смеси является главным технологических параметров, то необходимо сначала получить аналитическую зависимость для ее определения, а затем получить другие формулы для расчета параметров этой ГЖС, зависящих от плотности.

После всех свойств ГЖС

-плотность пенной ГЖС:

а) на поверхности при Р₀-атмосферном давлении

Уравнение баланса масс:

М_{о см}=М_ж(1-φ)+М_гφ (1)

М_ж-масса жидкости

М_г-масса газа

φ-объемное содержание газа (воздуха) в составе ГЖС на устье

V_о-объем газа (воздуха) в составе ГЖС при Р_о

V_см-объем смеси при Р_а

если: М_{о см}=V_{о см} ·ρ_{о см};

М_ж=V_{о см} ·ρ_ж(1-φ) (2)

М_г= V_{о см} ·ρ_г ·φ

тогда:

V_{о см} : ρ_{о см}= V_{о см :} ρ_ж (1- φ) + V_{о см :} ρ_г φ

тогда:

ρ_{о см} = ρ_ж(1- φ) + ρ_г φ (3)

ρ_{о см} –плотность, при Р_о (атмосферное давление).

б) плотность ГЖС на глубине при Р>Р_о

при заполнении скважины ГЖС статическое давление на забое будет больше атмосферного. Пузырьки газа (воздух, который насыщает водный раствор ПАВ(жидкости) на поверхности, будут сжиматься, что приведет к уменьшению их размера, при этом: величина объемного содержания газа φ, степень аэрации будет уменьшаться.

на поверхности -на забое

объем жидкости одинаков, что на устье, что на забое

φ-объемное содержание газа

уменьшение φ произошло на величину отношения

Если объем смеси (ГЖ) на устье:

V_{о см}=(1- φ)+ φ =1

На глубине объем той же ГЖС составит:

(5)

Уравнение баланса масс для рассматриваемой ГЖС :

отсюда:

подставим из ф(3) и (5):

т.к. ρ_г-мало≈0, тогда:

(7)

-давление столба ГЖС в скважине на забое:

в соответствие с формулой (7) ρ_{г см} является величиной переменной на глубине и зависит от давления Р в рассматриваемом интервале.

В реальной скважине.

На глубине Н в ГЖС при давлении Р будет содержаться газообразная среда в количестве , а исходная жидкость (водный раствор ПАВ- пенообразователь) в количестве 1- φ, на основе которой с помощью поверхностного оборудования получена на поверхности (устье) ГЖС.

Необходимо: найти уравнение, по которому можно определить величину гидростатического давления в любом интервале скважины при переменном значении ρ_{г см.}

Исходное:

dp= ρ_{г см} g dH (8)

Подставим формулу (7) в формулу (8)

(умножим обе части на ρ_ж)

проинтегрируем обе части уравнения

(9)

Решение этого уравнения получается в виде:

(10)

В этом уравнении:

Р-Р₀=Р_{г ст} (11)

где:

Р_{г ст}- статическое давление ГЖС на глубине Н

Поэтому давление на рассматриваемой глубине составляет (из ф-лы(10))

(12)

Это уравнение неудобно в применении, т.к. Р слева и справа - в неявном виде- можно применять метод подбора при конкретных значениях ρ_ж, φ величина Р давления для конкретного значения Н.

Экологическая и технико-экономическая задача.

При вскрытии горизонта с низким пластовым давлением нефти, газа или воды величина давления столба ГЖС в скважине на забое (где ведется вскрытие горизонта) должна регламентироваться для исключения:

-кольматации продуктивного горизонта;

-сохранению проницаемости для последующей эффективной эксплуатации.

В этом случае необходимо совпадение условия:

Р=Р_пл =Р_г.см (13)

Тогда в условии (12) подставляем Р=Р_пл =Р_г.см и находим необходимую для выполнения условия (13) величину объемного содержания газа в ГЖС на глубине H при давлении Pг.см. Тогда решение уравнения (12) относительно φ принимает вид:

(14)

Кроме объемного содержания газа в составе ГЖС важны и другие параметры:

Степень аэрации;

(15)

Q_г, Q_ж- объемы расхода газовой и жидкой фаз

или

V_o- объем газа при Р_о,

V_ж- объем жидкости.

-объемное содержание газа в ГЖС тоже может быть в виде:

(16)

Из этой формулы (16) получаем:

(17)

Подставим в формулу (15) формулу (17)

, (18)

Подставим формулу (18) в формулу (12) получим:

Р=Р₀ (19)

Решив формулу (19) отношении α получаем:

(20)

Из формулы (15) расход сжатого воздуха

(21)

При проектировании технологии бурения с использованием ГЖС необходимо определять плотность ее при определенном составе важно для низкодебетных и малонапорных горизонтов. Для этого:

- по формуле (3) плотность на устье скважины при Р_о;

- по формуле (7) плотность на горизонте Н при давлении Р=Р_г.см =Р_пл;

- давление на глубине Н по формуле (12);

- средняя плотность ГЖС по скважине глубиной Н будет равна

(22)

отсюда (23)

Подставив в формулу (23) формулу (12) и получаем:

(24)

Получению зависимости необходимо для решения задач при выборе плотности и других параметров ГЖС для вскрытия горизонтов с пластовым давлением:

, Па (25)

ρ_р- плотность пластовой жидкости(воды),кг/м³;

g=9,81 м/с²;

Н- расстояние от устья до кровли, м;

h- статический уровень, м.

Далее:

- приняв конкретный ПАВ- пенообразователь и компонентный состав водного раствора для получения ГЖС, рассчитываем величину объемного содержания газа(воздуха) в ГЖС по формуле (14).

при Р_пл=Р_г.см;

- по формуле (3) и (7) плотность ГЖС при Р_о и на глубине:

- необходимая степень аэрации по формуле (20).

Технологический способ борьбы с поглощением при бурении или освоении скважин.

- создание равновесия в системе: поглощающий горизонт – скважина за счет плотности ρ_см

Давление поглощения будет равно:

, Па (26)

Давление гидростатическое ГЖС, заполняющей скважину до поглощающего горизонта будет равно:

ρ_см.ср – средняя по скважине плотность ГЖС.

Условие устранения поглощения:

(27)

или:

Откуда:

или

тогда:

или

(28)

Таким образом, при этой плотности ГЖС необходимо обеспечить вскрытие и бурение по поглощающему горизонту для недопущения поглощения, сопровождающегося потерей промывочной жидкости и загрязнением продуктивного пласта.

В дальнейших расчетах необходимо по ф.(3) рассчитать плотность ГЖС на устье скважины при Р_о и по формуле (7) плотность ее на глубине при Р=Р_п для недопущения поглощения.

Задание №2

Последовальность расчета параметров газожидкостной смеси (ГЖС)

Определить параметры ГЖС для вскрытия продуктивных горизонтов в условиях аномально низких пластовых давлений (см. стр. 361 «Бурение разведочных скважин», 2007г.).

1. Рассчитываем величину пластового давления продуктивного коллектора:

Па

где:

ρ_ж – плотность пластового флюида, заполняющего скважину, кг/м³;

g = 9,81 м/с²;

Н – расстояние от устья до кровли продуктивного коллектора, м³;

h – статический уровень продуктивного коллектора, м;

2. Определяем необходимую величину объемного содержания газа в составе ГЖС при условии Р = Р_г.см:

где:

Р_г.см – гидростатическое давление столбу ГЖС в скважине на глубине у поглощающего горизонта, Па.

3. Определим необходимую величину степени аэрации для вскрытия продуктивного пласта:

4. Рассчитываем величину плотности ГЖС на устье скважины при атмосферном давлении:

где ρ – плотность воздуха.

5. Рассчитываем величину плотности ГЖС на глубине в скважине при давлении Р_г.см:

6. Определяем величину средней плотности ГЖС по всей скважине:

7. При заданной величине объемного расхода пенообразующего раствора определяем объемный расход сжатого воздуха для получения ГЖС с рассчитанными выше параметрами:

где Q_ж – объемный расход пенообразующего раствора (водного раствора ПАВ-пенообразователя)

Расчеты выполняются в соответствии с заданными вариантами.