Определение диаметра подъемных труб

Методика расчетов основных параметров процесса гидроразрыва пласта.

При гидроразрыве устраняется влияние на приток жидкости в скважину сильно загрязненной призабойной части пласта за счет образования глубоких трещин в пласте, что в совокупности дает значительное повышение продуктивности скважины.

Сущность гидравлического разрыва заключается в образовании высокопроницаемых трещин большой протяженности под воздействием давления нагнетаемой в скважину плохо фильтрующейся жидкости. Этот процесс состоит из следующих последовательных этапов:

1) закачки в пласт жидкости разрыва для образования трещин, заполняемых крупнозернистым песком;

2) нагнетания жидкости-песконосителя;

3) закачки жидкости для продавливания песка в скважину.

Момент разрыва пласта отмечается резким увеличением расхода жидкости разрыва.

В зависимости от объемов закачки рабочей жидкости и закрепляющего трещину проппаната (песка) можно получить тот или другой прирост добычи нефти. Эффективность ГРП также зависит от области дренирования скважины, проницаемости пласта, мощности продуктивной части и геометрических параметров трещины.

Основные параметры процесса ГРП:

- давление разрыва пласта Р_р;

- ориентация трещин;

- расход жидкости;

- давление на устье скважины;

- масса закрепителя трещин;

- объем жидкостей для ГРП и концентрация песка;

- размеры трещин ГРП;

- число насосных агрегатов для ГРП.

Развитие технологии ГРПнаправлено на изучение фильтрационно-емкостных характеристик пластов, поля напряжений в пластах, размеры и формы трещин, их проводимости.

Для проектирования процесса применяют сложные расчеты на ЭВМ, дающие представление о динамике процесса развития трещин на фоне постоянного изменения свойств закачанной жидкости под влиянием температуры, скорости движения по трещине, инфильтрации в стенки трещины.

Расширяется спектр жидкостей для ГРП, совершенствуются примеси, снижающие инфильтрацию в стенки трещин. В промышленных масштабах применяют загущенные спирты и пены для ГРП в газовых скважинах.

Проблемным остается инициирование развития трещин в западном интервале пласта и развитие их в определенном направлении, создание нетрадиционных конструкций насосных агрегатов высокой продуктивности, определение способов уменьшения гидравлических потерь в скважине.

Определение диаметра подъемных труб

Диаметр фонтанных труб определяется из условия выноса с забоя скважин твердых или жидких частиц или минимальных потерь давления в стволе скважины при заданном дебите. Вынос твердых и жидких частиц зависит от скорости газового потока у башмака фонтанных труб. Для надежности выноса частиц необходимо создать скорость = 1,2 , где – критическая скорость, при которой твердые или жидкие частица находятся во взвешенном состоянии.

Для твердых частиц критическая скорость зависит от режима движения и диаметра выносимых частиц.

Режим течения определяется числом Рейнольдса

, (1)

где d – диаметр твердой частицы, м; - коэффициент динамической вязкости газа при давлении и температуре у башмака фонтанных труб, Па·с.; – плотность соответственно твердых частиц и газа при давлении и температуре у башмака фонтанных труб, кг/м³;

или критерием Архимеда

, (2)

При ламинарном режиме < 2, Ar < 36, переходном 2 < < 500 или 36 < Ar < 83 000 и турбулентном > 500 и Ar > 83 000. Критические скорости , в м/с, для каждого режима рассчитываются по следующим формулам:

– ламинарный режим

; (3)

– переходной режим

; (4)

– турбулентный режим

. (5)

В формулах (3.10) – (3.15) d – диаметр твердой частицы, м; – плотность соответственно твердых частиц и газа при давлении и температуре у башмака фонтанных труб, кг/м³; – коэффициент динамической вязкости газа при давлении и температуре у башмака фонтанных труб, Па·с.

Порядок расчета диаметра колонны фонтанных труб следующий. При известных плотности (обычно 2300 – 2500 кг/м³) и диаметре твердых частиц определяют критерий Архимеда. Зная соотношение для различных режимов между числом Рейнольдса и критерием Архимеда, рассчитывают критическую скорость:

– ламинарный режим

; (6)

– переходный режим

; (7)

– турбулентный режим

. (8)

Из уравнения притока газа к скважине по заданному дебиту определяется забойное давление р_з:

, (9)

или по заданному р_з вычисляется дебит скважины.

Затем определяют диаметр фонтанной колонны D:

, (10)

где – соответственно пластовое, забойное и атмосферное давление, МПа; q – дебит газа, тыс.м³/сут; а и b – коэффициенты фильтрационных сопротивлений; Т_з и Т_ст – соответственно забойная и стандартная температуры, К; z_з – коэффициенты сжимаемости газа при забойном давлении и температуре.

Полученное значение D округляется до ближайшего меньшего стандартного значения внутреннего диаметра фонтанных труб.

Диаметр капли жидкости зависит от забойных давления и температуры, скоростного напора и поверхностного натяжения. На основе статистической обработки экспериментальных данных и с учетом промысловых исследований предлагается формула для расчета критической скорости выноса жидкости (в м/с):

. (11)

При расчете диаметра колонны фонтанных труб по условию выноса твердых частиц и жидких капель из полученных двух значений принимают меньшее.

Промысловой практикой установлено, что вынос твердых и жидких частиц происходит при скоростях у башмака фонтанных труб, равных

5 – 10 м/с. Для ускорения расчетов иногда принимают указанные значения критических скоростей и по формуле (11) определяют диаметр фонтанных труб

Задача 1

Рассчитать основные параметры для проектирования гидроразрыва пласта в эксплуатационной скважине со следующей характеристикой (по вариантам).

Вариант Параметры
Глубина скважины, Н, м.
Диаметр эксплуатационной колонны D, мм
Толщина стенки эксплуатационной колонны, d, мм.
Толщина пласта, h, м
Давление опрессовки эксплуатационной колонны Ропр, МПа	21,0	21,0	21,0	21,0	21,0	21,0	21,0	21,0	21,0	21,0
Интервал перфорации, м	2580-2592	2524-2536	2560-2572	2572-2584	2554-2566	2570-2582	2570-2582	2540-2552	2570-2582	2531-2543
Число перфорационных отверстий на 1 пог. м. пласта
Пластовое давление, Рпл, МПа	25,0	24,5	24,6	24,8	24,4	25,1	24,3	25,0	24,5	24,2
Пластовая температура Тпл, °С
Забойное давление, Рзаб, ат.
Текущий дебит скважины до гидроразрыва, Q, м3/сут
Текущая обводненность, В, м3/м3
Вязкость нефти, m, спз
Проницаемость пласта, k, дарси	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05

Кроме того: текущая обводненность скважинной продукции В=0, приемистость агрегатом q₀=150 м³/сут при давлении Р₀=20 МПа;

Для проведения ГРП спустить в скважину НКТ группы прочности Е диаметром d_т=89 мм на глубину 2490 м., якорь с пакером ПВН. При ГРП применяют следующие жидкости: жидкость разрыва и продавливающую жидкость – водный раствор 0,2 % неонола плотностью r_ж.р=1000 кг/м³;буферную жидкость и песконоситель – водный 0,4 %- ный раствор ПАА вязкостью m_ж.п.=40мПа×с с плотностью r_ж.р=1000 кг/м³.

Насосные агрегаты УН1-630х700А (4АН-700)обладает максимальным рабочим давлением 70 МПа, но надежно работают только при давлении, не превышающем 60 МПа.