Методы определения забойного давления в горизонтальных скважинах различных конструкций

Конструктивные особенности горизонтальных скважин, к которым отно-сятся: радиус кривизны для перехода ствола от вертикального направления к горизонтальному, наличие фонтанных труб в горизонтальном участке ствола, а также профиль вскрытия пласта требуют учета этих особенностей при раз-работке методов определения забойного давления таких скважин. Наличие жидкой фазы в продукции скважин из-за их конструктивных особенностей, свя-занных с профилем ствола, является существенным фактором, влияющим на точность определения забойного давления горизонтальных скважин. Из изло-женного выше следует, что при разработке методов для определения забойного давления горизонтальных скважин необходимо учесть следующие факторы:

- радиус кривизны, используемый для перехода ствола от верти-кального направления к горизонтальному

- профиль горизонтального участка ствола.

- оборудование горизонтального участка, частично или полностью вскрытого фонтанными трубами

- наличие в продукции скважины жидкой фазы.

В реальных условиях имеются горизонтальные скважины с большим, средним и малым радиусом кривизны R_крi, в частности, условно принято, что R_{кр б} ≥150 м, R_{кр ср} =(12–150) м и R_{кр м}=(4–12) м.Теоретически общий вид фор-мулы для определения забойного давления горизонтальных скважин с различными радиусами кривизны должен быть единым. Однако, для практических расчетов использование общей методики определения забойного давления, разработанной для любой величины радиуса кривизны при малом радиусе кривизны нецелесообразно, так как при величине радиуса кривизны 4 м ≤ R_{кр м} ≤ 12 м потери давления на этом участке составляют сотые доли атмосфер.

Поэтому по величине радиуса кривизны ствола рекомендуется два метода:

- расчет забойного давления горизонтальной скважины с большим и со средним радиусами кривизны;

- расчет забойного давления горизонтальной скважины с малым радиусом кривизны.

Схемы горизонтальных скважин с различными радиусами кривизны пре-дставлены на рисунке 3.1.[5]

Ниже приведены методы определения забойного давления в горизонтальной скважине различных конструкций при наличии и отсутствии в ее продукции жидкости.

Рисунок 3.1. Схемы горизонтальных скважин: а – с большим; б – со сре-дним; в – с малым радиусом кривизны.

Определение давления у башмака фонтанных труб в горизонтальных скважинах с большим и со средним радиусами кривизны при отсутствии жидкости в продукции скважины и фонтанных труб в горизонтальном участке ствола

Определение давления у башмака фонтанных труб горизонтальной скважины с большим или со средним радиусом кривизны при отсутствии в продукции скважины жидкой фазы и фонтанных труб в горизонтальном участке ствола должно определяться по формуле

(3.1)

где безразмерные параметры S_в и S_иск определяются из равенств

(3.2)

ρ – относительная плотность газа;

Н_в – глубина вертикального участка ствола;

Н_иск - вертикальная составляющая искривленного участка.

Значения параметров и определяются из зависи-мостей:

, (3.3)

, (3.4)

где Т_у – температура газа на устье скважины;

Т_к.в. Т_к.иск. – температура газа у конечных сечений вертикального и искривленного участков;

Р_кв, Р_к.иск, и Р_кр – соответственно давление на концах вертикального, искривленного, критическое давление газа.

Входящие в формулу (3.1) параметры q_в, и q_иск определяются по формулам

, (3.5)

где d_в, d_иск, D_экс – внутренние диаметры фонтанных труб и эксплуатационной колонны по которым движется газ;

λ_в, λ_иск, – коэффициенты гидравлического сопротивления труб.

Значение параметра

, (3.6)

где L_иск – длина участка дуги с радиусом R_иск, равная L_иск = 2pR_искa/360 a- угол образующегося между начальным и конечным сечениями искривленного участка. При a=90⁰ длина будет L_иск = 2pR_иск/4 и эта величина больше, чем вертикальная составляющая искривленного участка Н_иск , входящая в формулу (3.2). Расчет забойного давления в горизонтальной скважине по формулам (3.1) - (3.6) ведется методом последовательных приближений, так как в реальных условиях значения давлений и температур на конечных сечениях вертикального и искривленного участков неизвестны. Результаты расчетов давления у башмака фонтанных труб трех горизонтальных скважин с большим и средним радиусами кривизны представлены в таблице 3.1.[6]

Таблица 3.1 – Результаты расчетов давления у башмака фонтанных труб скважин № 14060,15072,15073

№ скв.	Q	Pу	Hв	Rкр	dк	dНКТ	Pб
тыс.м³/сут	МПа	м	м	м	м	МПа
		4,118			0,178	0,1	4,932
0,088	5,044
0,076	5,297
0,062	6,109
		4,118			0,178	0,1	4,925
0,088	5,030
0,076	5,297
0,062	6,039
		4,118			0,178	0,1	4,917
0,088	5,015
0,076	5,237
0,062	5,958
		5,982			0,178	0,1	7,092
0,088	7,145
0,076	7,267
0,062	7,687
		5,982			0,178	0,1	7,089
0,088	7,138
0,076	7,254
0,062	7,649
		5,982			0,178	0,1	7,086
0,088	7,131
0,076	7,238
0,062	7,607
		8,041			0,178	0,1	9,579
0,088	9,638
0,076	9,776
0,062	10,252
		8,041			0,178	0,1	9,599
0,088	9,653
0,076	9,782
0,062	10,224
		8,041			0,178	0,1	9,572
0,088	9,623
0,076	9,744
0,062	10,161

Определение давления у башмака фонтанных труб в горизонта-льных скважин с малым радиусом кривизны при отсутствии жидкости в ее продукции и фонтанных труб в горизонтальном участке ствола

Как было отмечено выше, в настоящее время горизонтальный участок ствола может быть пробурен при радиусе кривизны R_иск = (4–12) м. Теоре-тически для определения забойного давления у башмака с любым радиусом кривизны следует использовать формулу (3.1). В частности, формула (3.1) при расчете давления у башмака фонтанных труб в горизонтальной скважине с малым радиусом кривизны может быть заменена на

, (3.7)

где параметр S¢_в определяется из равенства

. (3.8)

Это означает, что при малом радиусе кривизны существует возможность исключать из расчета слагаемое, связанное с искривленным участком, но при этом добавлять к глубине вертикального участка ствола Н_в радиус кривизны R_иск , т.е. вместо Н_в использовать величину Н_в + R_иск , как это сделано в формуле (3.8). При определении Z¢_{ср в} и Т¢_{ср в} необходимо учесть дополнение к вертика-льной глубине Н_в следующим образом

(3.9)

С учетом этих поправок значения параметра q¢_в должен быть определен по формуле

, (3.10)

где d_ф – внутренние диаметры фонтанных труб;

l_в – коэффициенты гидравлического сопротивления фонтанных труб; Т_ср.в. – средняя температура на вертикальном участке ствола;

Z_ср.в. – коэффициент сверхсжимаемости газа при средних по длине вертикального участка давления и температуры.