Глава VII

фонтанная и газлифтная эксплуатация скважин

§ 1. Способы подъема нефти на поверхность

При вводе в разработку новых месторождений, как правило, пластовой энергии бывает достаточно для подъема нефти из скважины. Способ эксплуатации, при котором подъем жидко­сти осуществляется только за счет пластовой энергии, называ­ется фонтанным.

По мере падения пластового давления или с ростом обвод­нения скважин переходят на механизированные способы экс­плуатации: газлифтный или насосный. При насосной эксплуа­тации скважин используют установки погружных центробежных электронасосов (УЭЦН) и штанговые скважинные насосы (ШСН). В табл. VII.1 приведено распределение числа скважин в зависимости от способа эксплуатации.

После прекращения фонтанирования высокопродуктивные скважины эксплуатируются газлифтным способом или с по­мощью погружных центробежных электронасосов, а низкопро­дуктивные— штанговых скважинных насосов. Большинство до­бывающих скважин (60 %) оборудованы ШСН, хотя ими добыва­ется лишь 16,1 % нефти. Средняя обводненность продукции скважин составляет 71,3%, т. е. на 1 т нефти приходится 2 т пластовой воды. Минерализованную пластовую воду закачи­вают обратно в пласты для поддержания давления и предот­вращения загрязнения окружающей среды.

Таблица VII. 1

Распределение числа скважин и добычи нефти в зависимости от способа эксплуатации

Способ эксплуатации	Число скважин, н	Средний	дебит, т/сут 1	Добыча,	?б от общей
		нефти	жидкости	нефти	жидкости
Фонтанный	8,8	31,1	51,9	19,5	9,3
Газлифтный	4,3	35,4	154,7	11,6	14,6
УЭЦН	27,4	28,5	118,4	52,8	63,0
ШСН	59,4	3,9	11,0	16,1	13,1
Прочие	0,1		——	•	™

§ 2. Изменение давления по глубине скважин при различных способах эксплуатации

Артезианские скважины. Такие скважины фонтанируют, когда пластовое давление больше гидростатического давления столба жидкости в скважине, т. е.

/?пл>Рж£#,

где р_ж — плотность жидкости. При установившемся режиме экс­плуатации скважины забойное давление

Определяют его по уравнению притока в зависимости от де­бита скважины Q. При линейной фильтрации р₃ = Рпл—(Q/K), где К — коэффициент продуктивности скважины. Забойное дав­ление компенсирует гидростатическое давление столба жидко­сти, потери на трение при ее движении и давление на устье, необходимое для транспорта продукции, т. е.

Рз = рж£# + Ртр + Ру (VII Л)

Потери давления на трение при движении жидкости по трубам рассчитывают по уравнению Дарси — Вейсбаха

p_rp = 8XQ²p*H/n*d\

где X — коэффициент гидравлического сопротивления; d — внут­ренний диаметр труб. Так как эти потери пропорциональны длине трубы при турбулентном и ламинарном режимах течения, уравнение (VII.1)—линейная функция давления относительно глубины скважины Н (рис. VII. 1).

Фонтанные нефтяные скважины. Фонтанирование таких скважин может происходить и при пластовом давлении, меньшем, чем гидростатическое давление столба жидкости в скважине. Это обусловлено большим количеством растворен­ного в нефти газа. Со снижением давления во время подъ­ема продукции скважины в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) выделяется растворенный газ и образуется газожидкост­ная смесь плотностью рем (рсм<Р>к).

Условие фонтанирования нефтяной скважины:

Рпл>рсм£^- (VI 1.2)

Уравнение баланса давления имеет вид

Рз = рсм£# + р_1р + р_у; (VII .3)

где р_см — средняя плотность смеси вдоль колонны НКТ.

На рис, VII.2 показаны кривые изменения давления с глу­биной в фонтанных скважинах. На участке от забоя до точки, где давление равно давлению насыщения р_н, движется одно­родная жидкость, поэтому давление изменяется по линейному закону. При снижении давления ниже р_и из раствора начинает выделяться газ и образуется газожидкостная смесь. Чем меньше

Рис. VII.I. Зависимость давления от глубины скважины Н при дебитах

Q₂>Q.

/г

Рис. VI 1.2. Кривые изменения дав­ления с глубиной в фонтанной сква­жине при дебите q2>Q\

давление (при приближении к устью скважины), тем больше выделится газа, а уже ранее выделившийся — расширится, т. е. меньше будут плотность смеси и градиент давления. В этом случае давление вдоль лифта при движении газожидкостной смеси изменяется по нелинейному закону. Если забойное давле­ние меньше давления насыщения, то нелинейность указанной зависимости p = f(H) будет наблюдаться по всей глубине сква­жины. За счет изменения потерь на трение закономерность из­менения давления будет более сложной, чем на рис. VII.2.

Итак, количество свободного газа в смеси вдоль ствола скважины увеличивается по мере приближения к устью, соот­ветственно меняется и плотность смеси. Поэтому в формулах

(VII.2) и (VII.3) принята средняя плотность смеси рем, соот­ветствующая среднему объему выделившегося газа, приходя­щегося на единицу массы или объема жидкости.

Механизированные скважины. При разработке ме­сторождения энергия на забое уменьшается вследствие паде­ния пластового давления или обводнения скважины. Тогда для поддержания дебита скважины постоянным необходимо сни­жать забойное давление. Рассмотрим кривые p = f(H) на рис. VI 1.2 (они смещаются влево). Давление на устье надает, что может стать недостаточным для транспорта продукции сква­жины к сборному пункту.

В процессе обводнения скважины увеличивается плотность жидкости и, что более существенно, уменьшается количество поступающего в скважину газа. Если р_г>р_н, практически весь газ выделяется из нефти, в воде же его содержание пренебре­жимо мало. В результате с ростом обводненности уменьшается количество газа в смеси и увеличивается ее плотность. Градиент

144

Рис. VII.3. Кривые изменения дав- Рис. VI 1.4. Кривые изменения дав­ления с глубиной в газлифтной сква- леиия с глубиной в насосной сква­жине жнне

давления возрастает, и при одном и том же забойном давлении это приводит к необходимости уменьшения устьевого давления.

Наступает момент, когда равенство (VII.3) не может быть выполнено и тогда необходим подвод дополнительной энергии (энергии сжатого газа или механической энергии насоса).

На рис. VII.3 и VII.4 показаны кривые изменения давления в газлифтной и насосной скважинах. При газлифтном способе эксплуатации для уменьшения плотности газожидкостной смеси на глубине L в продукцию нагнетают дополнительное количе­ство свободного газа. В результате под воздействием забойного рз давления обеспечивается подъем более легкой смеси и созда­ются условия, необходимые для транспорта продукции.

При насосном способе эксплуатации на глубину L спускают насос, давление на выкиде которого р_в достаточно для подъема продукции скважины.