Тема 3. Поведение газа в скважине.

Как известно, газ может находиться в скважине:

n в растворенном состоянии;

n в виде пузырьков, находящихся в покое относительно жидкости (т.е. не всплывает самостоятельно). Размер этих пузырьков равен:

- для жидкости, находящейся в покое;

- для движущейся жидкости.

где q - статистическое напряжение сдвига;

t₀- динамическое напряжение сдвига;

К - коэффициент пропорциональности

n виде пузырьков, размер которых значительно мал относительно общего объема жидкости (пузырьковый режим);

n в виде пузырей, диаметр которых соизмерим с диаметром трубы (снарядный режим всплытия);

n кольцевой режим, где газ занимает все сечение затрубного пространства, что характерно для выброса и фонтана.

Первые три положения сильной опасности не представляют, так как забойное давление снижается незначительно.

Если предполагать, что в скважину поступила компактная пачка газа (например, при подъеме инструмента), то для идеальных условий при всплытии этого газа в закрытой скважине давление на забое почти удвоится. Так как в идеальных условиях объем газа не изменится (в закрытой скважине), то согласно закону Бойля-Мариотта

для идеального газа, давление тоже не меняется (рис.1)

Такое повышение давления может разрушить скважину или вызвать катастрофическое поглощение и как следствие - фонтан. Если при тех условиях газ поднимается в скважине с открытым устьем, и ввиду того, что давление под газом и, соответственно, самого газа уменьшается, то, согласно закону Бойля-Мариотта, объем газа будет увеличиваться, что приводит к уменьшению гидростатического столба бурового раствора и, соответственно, к снижению забойного давления.

На некоторой глубине произойдет выброс раствора, что приведет к резкому снижению забойного давления. Забойное давление в процессе подъема газа в скважине с открытым устьем, может оказаться ниже пластового, что неизбежно приведет к работе пласта и возможно к фонтану (рис.2)

Изменение объема газовой пачки и забойного давления при открытом устье скважины.

Как видно из выше изложенного, неконтролируемое всплытие газа в скважине может привести к катастрофическим последствиям.

Скорость всплытия газа зависит от режима всплытия. Так для пузырькового режима скорость всплытия колеблется от 300 до 350 м/час, а для снарядного от 600 до 900 м/час.

Скорость подъема газа при промывке можно ориентировочно найти по формуле

где V_ж - скорость движения жидкости, м/час;

V_rст - скорость всплытия газа в статике, м/час.

2. Причины возникновения ГНВП

Основными причинами возникновения ГНВП при ремонте скважин являются:

· Недостаточная плотность раствора вследствие ошибки при составлении плана работ или несоблюдения рекомендуемых параметров раствора бригадой КРС и освоения скважин.

· Недолив скважины при СПО.

· Поглощение жидкости, находящейся в скважине.

· Глушение скважины перед началом работ неполным объемом.

· Уменьшение плотности жидкости в скважине при длительных остановках за счет поступления газа из пласта.

· Нарушение технологии эксплуатации, освоения и ремонта скважин.

· Длительные простои скважины без промывки.

· Наличие в разрезе скважины газовых пластов, а также нефтяных и водяных пластов с большим количеством растворенного газа значительно увеличивают опасность возникновения газонефтеводопроявлений, дажеесли пластовое давление ниже гидростатического.

Повышенная опасность объясняется следующими свойствами газа:

· Способностью газа проникать в интервале перфорации в скважину и образовывать газовые пачки.

· Способностью газовых пачек к всплытию в столбе жидкости с одновременным расширением и вытеснением ее из скважины.

· Способностью газовой пачки к всплытию в загерметизированной скважине, сохраняя первоначальное (пластовое) давление.