Определение забойного давления в газоводяных и газоконденсатных скважинах

 

Структуры течения газожидкостных смесей и их характеристика. Газожидкостные течения по своей структуре разделяются на:

• пузырьковые;


• пробковые (снарядные);


• вспенённые;


• кольцевые (плёночные).

Пузырьковая структура характеризуется течением пузырьков газа, имеющих средний диаметр, значительно меньший диаметра ствола скважины в потоке жидкости. Эта структура наблюдается при малых объёмах газосодержания.

По мере увеличения содержания газа, когда газовые пузыри занимают почти всё сечение ствола, образуется пробковая структура с сильно деформируемыми газовыми пузырями и жидкостными перемычками.

При вспененной структуре возрастают пульсации давления, жидкость по стенке ствола при восходящем потоке может частично двигаться вниз (против течения газа), в результате чего возникает явление «опрокидывания» потока жидкости. Движение жидкости вниз способствует появлению больших жидкостных скоплений, насыщенных газовыми пузырями, которые с большой скоростью увлекаются потоком газа.

Дальнейшее повышение скорости и газосодержания приводит к кольцевой структуре течения, которая характеризуется движением жидкости в виде волнистой плёнки по стенке ствола.

По мере повышения скорости газа происходит срыв капель жидкости с поверхности плёнки и вовлечение капель в ядро потока. Этот вид течения является разновидностью кольцевого и называется дисперсно-кольцевым.

Определение давления в газожидкостных скважинах по неподвижному столбу газа. Для определения забойного давления в газожидкостных скважинах по неподвижному столбу газа, т.е. по барометрической формуле, достаточно учесть истинную плотность и температуру газа на забое и на устье скважины.

Определение давления в работающей скважине и отличие от гомогенного течения. Расчёт забойного давления в работающей скважине, если в её продукции содержится жидкость, связан со структурой течения. Необходимые расчётные соотношения получаются из законов сохранения двухфазного потока при пренебрежении: изменением количества движения в уравнении сохранения количества движения, кинетической и потенциальной энергиями, работой силы трения в уравнении сохранения энергии.

,          (2.10)

где , , ,

, , ,

, ,  — соответственно плотности газа, жидкости и воздуха при стандартных условиях, кг/м3;  — плотность газа при рабочих условиях, кг/м3;  — дебит газа при рабочих условиях, тыс. м3/сут; ,  — массовые расходы газа и жидкости, т/сут; , ,  — объёмные расходы газожидкостной смеси, газа и жидкости при атмосферном давлении и стандартной температуре, тыс. м3/сут;  — определяется экспериментально, как отношение истинного объёма газа в скважине к объёму ствола ,  — истинный объём газа в скважине, м3;  — диаметр ствола, м;  — длина ствола, м.

Определение забойного давления при значительном перепаде температуры. Если при работе скважины, в продукции которой содержится жидкость, наблюдается значительный перепад температуры по стволу, то забойное давление определяется по формуле

,             (2.11)

где , .

Практическое использование газосодержания. На практике определение истинного объёмного газосодержания  затруднительно, поэтому при выводе формулы было сделано допущение о равенстве  и расходного газосодержания . Так как всегда  меньше , то при использовании данного допущения формула даёт заниженные значения забойного давления. Причём, чем больше разница между количествами жидкости в скважине и выносимой потоком газа на поверхность, тем больше погрешность.

Методика расчета. Коэффициент гидравлического трения  необходимо определять по результатам исследования скважин на различных режимах.

Все величины (, ,  и др.), зависящие от , рассчитываются методом последовательных приближений с проверкой сходимости .

Потери давления в скважинном оборудовании. При определении забойного давления в работающих скважинах (высокодебитных с небольшой депрессией на пласт), оборудованных пакером, клапаном отсекателем и др., необходимо учесть потери, вызванные этим оборудованием. Данные потери определяются, как потери давления при прохождении  газа через отрезок трубы или диафрагму.