10.6 Газовый выброс

Плавное всплытие порции газа в открытой скважине с перетеканием промывочной жидкости под газовый пузырь возможно до какой-то критической глубины. Как только «голова» газовой пачки достигнет этой глубины, начнётся газовый выброс.

Газовый выброс – это вытеснение газом выше расположенного столба жидкости за счёт своей внутренней энергии.

Найдём эту критическую глубину.

Пусть в скважине находится порция газа (рисунок 10.11).

H_ж

h_г

Рисунок 10.11 – Схема скважины с пачкой газа

Газ медленно всплывает, постепенно расширяясь в соответствии с зависимостью

, (10.25)

где , - соответственно, начальная высота столба порции газа и глубина её «головы».

Давление в газовой пачке P_г определяется давлением выше расположенного столба жидкости Р_ж.

(10.26)

Потерями на трение столба , движущегося вверх за счёт расширения газа можно пренебречь.

Пусть по какой-то причине газ расширяется и высота его столба стала , высота столба жидкости над газом станет .

Вследствие расширения, принимая расширение изотермическим, а газ идеальным, давление в газовой пачке уменьшается и станет равным

(10.27)

Новое давление столба жидкости

(10.28)

Если новое давление столба жидкости окажется больше нового давления газа P_ж2>P_г2, система будет стремится вернуться в исходное состояние,

Если же P_ж2<P_г2 газ начнёт интенсивно расширяться, выталкивая выше расположенный столб жидкости.

Условие начала выброса.

P_ж2<P_г2 (10.29)

Подставляем (10.27) и (10.28) в (10.29)

(10.30)

Избавляемся от дроби

– величина малости второго порядка. После преобразований получаем условие начала выброса.

Или

(10.31)

Из (10.31) следует, что выброс начинается, когда высота всплывающего столба газа станет больше высоты вышерасположенного столба жидкости плюс . Как правило известны начальный объём поступившего в скважину газа и его давление, , создаваемое выше расположенным столбом жидкости.

Объём газа в момент, предшествующий началу выброса (считая газ идеальным а процесс его расширения изотермическим)

(10.32)

а высота его столба

(10.33)

Подставляя (26) в (24), получим следующее условие начала выброса

(10.34)

где S – площадь сечения скважины в интервале расположения порции газа в момент, предшествующий выбросу; - начальное давление в газовой пачке.

Если при всплытии газовой пачки на устье скважины создётся избыточное давление , то выброс начинается при

или

(10.35)

Из зависимости (10.35) следует, что, создавая на устье избыточное давление, можно существенно уменьшить выброс и даже его предотвратить, если создать

(10.36)