Фонтанная эксплуатация скважин

Условие фонтанирования скважины под действием гидростатического напора определяется неравенством

,                                             (4.2)

где ,  – соответственно давление на забое и устье скважины;  – глубина скважины;  – плотность нефти;  – потери давления на трение;  – ускорение свободного падения.

При этом  должно быть выше давления насыщения нефти газом. При других условиях скважина будет фонтанировать как за счет гидростатического напора, так и за счет энергии расширяющегося газа.

Потери давления, необходимые на преодоление трения, зависят от условий подъема жидкости и могут быть определены по формуле Дарси-Вейсбаха:

,                                                    (4.3)

где  – коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий от шероховатости труб и критерия Рейнольдса;  – линейная скорость движения жидкости в трубах, которую можно найти из выражения для расхода жидкости

;

 – дебит скважины, м³/сут;  – площадь сечения трубы;

;

 – диаметр подъемных труб.

Максимальный дебит скважины при фонтанировании под действием гидростатического напора будет при . При этом забойное давление равно:

.                                          (4.4)

Забойное давление, определенное по (4.4) является тем минимальным давлением, при котором еще возможно фонтанирование скважины под действием гидростатического напора.

Практически фонтанирование только под действием гидростатического напора встречается очень редко. Обычно по мере подъема жидкости в скважине давление снижается и на некотором расстоянии от забоя достигает величины, равной давлению насыщения, при этом из жидкости начинает выделяться газ, который способствует дальнейшему подъему жидкости на поверхность.

§2. ФОНТАНИРОВАНИЕ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ РАСШИРЯЮЩЕГОСЯ ГАЗА

Большинство фонтанных скважин работает за счет энергии газа и гидростатического напора жидкости одновременно. В таких скважинах . Таким образом, в нижней части колонны труб перемещается одна фаза (жидкость), а на глубине, где давление равно  начинается выделение газа из нефти, и в верхней части колонны движется двухфазный поток (жидкость и газ).

При эксплуатации скважин встречаются также случаи, когда имеет место неравенство . Тогда по всей длине колонны труб в скважине движется двухфазный поток.

Состояние смеси жидкости и газа при движении по колонне подъемных труб изменяется в зависимости от соотношения объемных расходов обеих фаз (жидкой и газообразной), от средней скорости движения смеси и от диаметра подъемных труб. В соответствии с этим различают три режима такого движения газожидкостной смеси (рис. 4.1), между которыми имеются плавные переходы.

Первый режим (рис. 4.1, а) характерен при движении жидкости, пронизанной пузырьками газа высокого давления (режим «пены»); второй (рис. 4.1, б) – «четочный» – создается, когда расширяющийся газ образует более или менее крупные патронные пробки,. движущиеся в жидкости в виде «четок»; третий режим (рис. 4.1, в) характерен для больших отношений газ/жидкость, когда газ движется сплошной массой по центру трубы, увлекая за собой капли жидкости (режим «тумана»). Наряду с этими режимами существуют и другие, промежуточные.

Особенностью «четочного» режима является то, что характер движения смеси изменяется во времени. Через данное сечение некоторое время проходит газовый «снаряд», а затем