Вопросы к лабораторной работе №1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ университет»

Филиал ТюмГНГУ в г. Сургуте

 

 

Филиал ТюмГНГУ в г. Сургуте

Кафедра «Нефтегазовое дело»

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

по дисциплине: «Скважинная добыча нефти»

для студентов направления 21.03.01 «Нефтегазовое дело»

всех форм обучения

 

               

 

 

Сургут, 2015

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине: «Скважинная добыча нефти» для студентов всех форм обучения по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело» /сост. Янукян А.П.; Тюменский государственный нефтегазовый университет филиал ТюмГНГУ в г.Сургуте. – 44с.

 

 

Методические указания рассмотрены на заседании кафедры   Нефтегазовое дело

                                    (название кафедры)

 

Протокол №  1                                                   « 1 »  сентября  2015 г.

 

Зав. кафедрой   ________________ В.А. Лушпеев

 

 

Методические указания разработал:

Янукян Арам Погосович                                                              

доцент, к.э.н                                                                                                ________________

(подпись)

 

Сургут, 2015 г.

Содержание

Лабораторная работа № 1	Освоение скважин методом замены жидкости………………………………………..	4
Лабораторная работа № 2	Компрессорный метод освоения скважин….	16
Лабораторная работа № 3	Метод освоения скважин с помощью пен………..	21
Лабораторная работа № 4	Основные технологические параметры кислотной обработки скважин………………………………...	27
Лабораторная работа № 5	Подбор УЭЦН к скважине………………………..	35
Лабораторная работа № 6	Подбор ШСНУ к скважине……………………..	37
Лабораторная работа № 7	Проектирование гидравлического разрыва пласта..	39

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 – ОСВОЕНИЕ СКВАЖИН МЕТОДОМ ЗАМЕНЫ ЖИДКОСТИ

Теоретическая часть

Под освоением скважин понимаются процессы снижения противодавления на пласт, создания депрессии и вызова притока.

Основные рассчитываемые параметры – забойное давление, давление закачки, объем закачиваемого флюида и продолжительность закачки

Закачка жидкости может быть прямой, (жидкость закачки подается в колонну насосно-компрессорных труб) и обратной (жидкость закачки подается в кольцевой зазор между НКТ и обсадной колонной). При этом для каждого вида закачки необходимо рассчитывать потери на трение.

Прямая закачка

1.Ньютоновские жидкости.

Потери на трение в трубах р_т вычисляются по формуле Дарси-Вейсбаха:

р_т=0,81 ,                            (1.1)

где Н − длина трубы (путь движения), м; Q − объемный расход жидкости, м³/с; , –плотность ньютоновской жидкости, кг/м³; d_вн– внутренний диаметр трубы, м; − коэффициент гидравлического сопротивления, который рассчитывается в зависимости от числа РейнольдсаRe_T по следующим формулам:

приRe_T< 2320,  = 64/Re_T,                      (1.2)

приRe_T> 2320,  = 0,3164/⁴ .          (1.3)

Число Рейнольдса

Rе_т=wd_{вн ж}/ _ж,                                       (1.4)

где w−скорость движения жидкости, м/с; _ж− вязкость ньютоновской жидкости. Па с.

При Re_T> 100000 коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывают по формуле Г.К. Филоненко:

 = 1/(1,82 lgRe_T – 1,64)².                        (1.5)

2.Вязкопластичные жидкости.

Эти жидкости характеризуются пластической вязкостью и предельным динамическим напряжением сдвига, которые можно определить по следующим формулам:

 = 0,033 10^-3 _жн – 0,022,                       (1.6)

 = 8,5∙10 ^-3 _жн – 7,                           (1.7)

 

где _жн− плотность неньютоновской (вязкопластичной) жидкости, кг/м³; − пластическая вязкость. Пас; − предельное (динамическое) напряжение сдвига. Па.

Критерий ламинарного (структурного) и турбулентного режимов − критическая скорость в трубе w_кр(в м/с):

^w_кр = 25                                       (1.8)

Sen

Рисунок 1.1. − Зависимость коэффициента  от параметра Сен-Венана – Ильюшина Sen: 1− для круглого сечения; 2 − для кольцевого сечения

При w<w_кр режим движения ламинарный (структурный) и потери на трение рассчитываются по формуле:

р_т=4 ₀Н /( _т/d_вн),                                  (1.9)

где  – коэффициент для труб, зависящий от параметра Сен-Венана-Ильюшина Sen (рис. 1.1):

Sen_т= d_вн/(                                      (1.10

При w>w_Kp режим движения турбулентный и потери на трение рассчитываются по формуле:

р_т =0,012 _жнНw²/d/_вн.                    (1.11)

Обратная закачка.

1. Ньютоновские жидкости.
Потери на трение в кольцевом зазоре

р_кз = _ж/[(D_вн−d_нар)/2],           (1.12)

где D_вн− внутренний диаметр наружной колонны труб (обсадной колонны), м; d_нар − наружный диаметр внутренней колонны труб (НКТ), м.

Число Рейнольдса

Re_кз=w(D_вн− d_нар)                      (1 13)

Коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по одной из формул (1.2), (1.3) или (1.5).

2.   Вязкопласгичные жидкости.
Критическая скорость

w_кр= Re_крн/[ (D_вн− d_нар)]                  (1.14)

где Re_крн− критическое число Рейнольдсавязкопластичной жидкости, характеризующее смену режима ее течения:

Re_крн =2100 + 7,3 Не^0,58,                            (1.15)

Нe − параметр Хедстрема:

Не = Re_КЗSen_КЗ.                                         (1.16)

Параметр Сен-Венана − Ильюшина для кольцевого зазора записы­вается в виде:

Sen_КЗ=                      (1.17)

а параметр Рейнольдса

Re_кз= w(D_вн− d_нар) _жн/ .                         (1.18)

Подставляя (1.17) и (1.18) в (1.16), получаем

Не =                       (1.19)

Режим движения жидкости в кольцевом зазоре ламинарный (струк­турный), если Re_кз<R_крн (w<w_кр) потери на трение рассчитывают по формуле:

                     (1.20)

где _кз − коэффициент для кольцевого зазора, зависящий от параметра Sen (см. рис. 1.1).

Параметр Сен-Венана-Ильюшина определяют по формуле (1.17).

Режим движения в кольцевом зазоре турбулентный, если Re_кз>

>R_крн (w>w_кр) и потери на трение рассчитывают по формуле:

р_кз=0,012 _жнНw²/(D_вн− d_нар).           (1.21)

В данном расчете не учитывается влияние коэффициента местных сопротивлений за счет муфтовых соединений. При учете муфт потери на трение увеличиваются на 1 − 5 %.

 

Задача 1.1. Рассчитать основные параметры процесса освоения скважины для следующих условий: глубина скважины L_c = 3200 м, глубина спуска колонны НКТ Н= 3200 м, пластовое давление р_пп=

= 35 МПа. Скважина обсажена 168-мм обсадной колонной с внутренним диаметром D_вн = 0,1503 м и полностью заполнена глинистым раствором плотностью _гп= 1150 кг/м³. Наружный диаметр НКТ d_нар = 0,089 м, внутренний диаметр d_вн = 0,076 м. Необходимо рассчитать давление закачки р₃, объем жидкости закачки V₃и продолжительность закачки T₃ при прямой (жидкость подается в колонну НКТ) и обратной (жидкость подается в кольцевой зазор между трубами) закачках. Жидкость закачки − вода (плотность _з = 1000 кг/м³, вязкость _з = 0,001 Н∙cм²).

 

Решение 1.1.Прямая закачка.

Так как закачка ведется насосным агрегатом, выбирают например, третью скорость при диаметре плунжера 100 мм (подача Q= 0,012 м³/с, давление р= 37,4 МПа).

Рассчитывают высоту от забоя х, на которую должна подняться жидкость закачки в кольцевом зазоре для случая, когда р_заб = Р_пл.

Забойное давление в этом случае

Р_заб = р_пл=                (1.22)

где − соответственно плотности жидкости глушения и закачки, кг/м³; р_кзгп − потери давления на трение при движении жидкости глушения в кольцевом зазоре на расстоянии (Н − х), Па; р_кзз−потери давления на трение при движении жидкости закачки в кольцевом зазоре на расстоянии х, Па.

Обозначим градиенты потерь давления на трение при движении жидкостей глушения и закачки в кольцевом зазоре соответственно

 через А_кзглиА_кзз (Па/м):^:

− ламинарный режим,                    (1.23)

А_кзгл0,012 −турбулентный режим

А_кзз= .                  (1.24)

Скорость движения жидкости в трубах

w=4Q/( ),                                      (1.25)

а в кольцевом зазоре

w = 4 Q/[ ,                         (1.26)

где Q − расход жидкости, м³/с.

С учетом формул (1.23) и (1.24) из (1.22) определяем:

 

х =                        (1.27)

 

При р_за6 = Р_пл давление закачки

Р_з=( )g(H     (1.28)

где р_тз − потери давления на трение при движении жидкости закачки в трубах на расстоянии Н, Па.

Объем закачиваемой в скважину жидкости:

V_з=                 (1.29)

Максимальный объем жидкости закачки

V_{з max} = .               (1.30)

Продолжительность закачки

T₃ = V_з/Q                                                     (1.31)

Максимальное время закачки для замещения всей жидкости глушения в скважине

Тз max= Vз max/Q                                     (1.32)

При выборе оборудования необходимо знать максимальное давление закачки:

Р_зmax=gH(     (1.33)

где р_тгл. р_тз − соответственно потери давления на трение при дви­жении в трубах жидкости глушения и жидкости закачки на расстоянии Н, Па; р_кзгл− потери давления на трение при движении жидкости глушения в кольцевом зазоре на расстоянии Н, Па;

                             (1.34).

Рассчитываем по (1.6) и (1.7)  и ₀:

= 0,033∙10^-3∙1150 − 0,022 = 1,595 ∙10^-2 Пас

₀ =8,5∙10^-3 ∙1150 − 7 =2,775 Па.

По(1.26) вычисляем скорость движения жидкости в кольцевомзазор:

w=4∙ 0,012/ [3,14 (0,1503² − 0,089²) ] = 1,042 м/с.

Рассчитываем по (1.13) число Рейнольдса для воды

Re_кзв =1,042 (0,1503 − 0,089) 1000/0,001 = 63874,6.

Так как Re_кзв = 63874,6 > 2320, то режим турбулентный и ко­эффициент гидравлического сопротивления определяем по (1.3):

 = 0,3164/  = 0,0199.

Градиент потерь давления на трение при движении воды

 находим по (1.24):

А_кзз =0,0199 (1,042)²∙1000/[2 (0,1503 − 0,089)] = 176,24 Па/м.

Рассчитываем по (1.19) параметр Хедстрема:

Не = 2,775∙1150∙(0,1503 − 0,089) ²/ (1,595∙10 ^-2)² =47136,7,

а затем по формуле (1.15) − критическое число Рейнольдса

Re_кргл = 2100 + 7,3 (47136,7) ^0,58 =5848,6.

Определим по (1.14) критическую скорость

W_кр= 1,595∙10^-2 ∙5848,6/[1150 (0,1503 − 0,089)] =1,323 м/с,

а также по (1.18) − число Рейнольдса

Rе_кзгл =1,042(0,1503− 0,089) ∙ 1150/(1,595∙10 ^-2) =4605,4.

Так как Re_кзгл = 4605,4 <Re_кргл = 5848,6 (w = 1,042 <w_кр = 1,323), то режим движения ламинарный и градиент потерь давления на трение необ-ходимо рассчитывать по (1.23), предварительно определяя по рис. 1.1 коэффициент .

Для этого вычисляем по (1.17) параметр Сен-Венана-Ильюшина:

Sen_кз = 2,775(0,1503 − 0,089) /(1,595∙10 ^-2∙1,042) = 10,235.

Таким образом,  0,4 (рис. 1.1, кривая 2).

 По формуле (1.23) рассчитываем:

А _кзгл =4∙2,775/[0,4(0,1503 − 0,089)] = 452,69 Па/м.

Определяем по (1.27) высоту х от забоя скважины:

 

х =

В соответствии с (1.29) объем жидкости закачки

V₃=3,14[0,076² ∙3200 + (0,1503²− 0,089²) 1458,5] /4 = 31,3 м³. Максимальный объем жидкости закачки рассчитываем по (1.30):

V_3max=3,14∙3200(0,1503² + 0,076²− 0,089²)/4 = 51,36 м³. Продолжительность закачки в соответствии с (1.31)

Т₃= 31,3/0,012 = 2608,3 с  43,5 мин,

а максимальное время закачки

Т _зmax =51,36/0,012 = 4280 c  71,3 мин.

Вычисляем по (1.33) максимальное давление закачки. Для этого предварительно определяем скорость движения жидкости в трубе по (1.25):

w=4∙0,012/(3,14∙ 0,076²) = 2,646 м/с,

число Рейнольдса для воды по (1.4):

Re_тв = 2,646 ∙ 0,076 ∙ 1000/0,001 = 201096.

Так как Re_тв = 201096 >Re_т = 100000, то коэффициент  вы­числяем по (1.5):

 = 1/(1,82 ∙lg 201096 − 1,64)² = 0,0156.

По формуле (1.1) рассчитываем:

р_тз = 0,81 ∙ 0,0156 ∙ 3200 ∙ 0,012² ∙ 1000/(0,076)⁵ =

= 2,296-10⁶ Па  2,3 МПа.

По формуле (1.8)

W_кр = 25 .

Так как w = 2,646 >w_кр = 1,228, режим движения турбулентный

и р_тгл рассчитываем по (1.11):

р_тгл = 0,012 .1150 ∙ 3200 (2,646)² /0,076 = 4068135 Па 4,07 МПа.

По формуле (1.34) находим

р_кзгл = 452,69 ∙ 3200 = 1448608 Па  1,45 МПа.

Выше уже определена  = 2,3 МПа и А_кзз = 176,23 Па/м, вы-числяем:

=А_кззН= 176,24∙3200∙10 ^-6 =0,56 МПа.

Рассчитываем по (1.28) давление закачки:

Р_з = (1150  − 1000)∙9,81(3200  − 1458)∙10 ^-6 + 2,3 + 1,45 + 0,56 =

= 2,56 + 2,3 + 1,45 + 0,56 = 6,87 МПа.

Таким образом, давление закачки равно 6,87 МПа.

Рассчитываем максимальное давление закачки по (1.33):

р_зmах= 9,81∙3200(1150  − 1000) ∙ 10 ^-6 +4,07 + 1,45 + 2,3 =  12,53 МПа.

Следовательно, при работе агрегата на третьей скорости максимальное давление прямой закачки составляет 12,53 МПа, а насосный агperaт развивает давление 37,4 МПа. Имеет смысл повторить расчет: целью оценки возможности работы на четвертой скорости.

 

Обратная закачка

Параметры работы агрегата остаются теми же, что и при прямой закачке. Рассчитывают расстояние от забоя х, на которое должно подняться жидкость закачки в колонне НКТ для р_заб = р_пл.

В этом случае забойное давление

Р_заб=Р_пл= (1.35)

где р_тгл, р_тз~ соответственно потери давления на трение при дви­жении в НКТ жидкости глушения на расстоянии (Н − х) и жидкости закачки на расстоянии х, Па.

Обозначим градиенты потерь на трение при движении жидкости

глушения и закачки в колонне НКТ соответственно через В_тгл и В_тз (Па/м):

В_тгл=4  − структурный режим,
                                                                                             (1.36)

0,012 − турбулентный режим,

В_тз= .                              (1.37)

С учетом (1.36) и (1.37) из выражения (1.35) получаем

х =                       (1.38)

При р_за6 = р_пл давление закачки

 

р_з = ( ) + р_кзз + р_тз + р_тгл,             (1.39)

где р_кзз− потери на трение при движении жидкости закачки в коль­цевом зазоре на расстоянии Н, Па.

Объем закачки

V_з =                            (1.40)

Максимальное давление закачки

Р_зmax⁼gH( _гп− _з)+ _тгл + р_кзгл + р_кзз. (1.41)

Рассчитываем по (1.37) В_тз, учитывая, что w= 2,646 м/с;  = 0,0156 (решение при прямой закачке) :

В_тз =0,0156(2,646)² ∙1000/(2∙0,076) = 718,556 Па/м.

Для предыдущего случая р_тгл = 4068135 Па.

Рассчитываем гра­диент потерь на трение

В_тгп= р_тгл/Н                                  (1.42)

или

В_тгл=4068135/3200 = 1271,292 Па/м.

По формуле (1.38) рассчитываем

 

х =

 

Объем жидкости закачки по (1.40)

V₃= 3,14 [ (0,076)² ∙ 2553,52 + (0,1503² − 0,089²) 3200] /4 =48,43 м³.

Время закачки

Т₃ = 48,43/0,012 = 4035,5 с = 67,26 мин.

Для случая прямой закачки по формуле (1.24) уже определен градиент потерь давления на трение при движении жидкости закачки в кольцевом зазоре Акзз_з= 176,24 Па/м. Рассчитываем:

р_кзз =А_Кзз Н = 176,24 ∙ 3200 = 563968 Па  0,56 МПа.

Также вычислен по формуле (1.23) градиент потерь на трение

Акзгп = 452,69 Па/м. Рассчитываем:

р_КЗГл = 452,69 ∙ 3200 = 1448608 Па  1,45 МПа.

По выражению (1.39) давление закачки (при В_тз = 718,556 Па/м;

_тгл = 4,07 МПа):

р₃ = (1150 − 1000) 9,81 (3200 − 2553,2) 10^-6 + 0,56 +

+ 718,556 ∙ 3200 ∙ 10 ^-6 + 4,07 = 0,95 + 0,56 + 2,3 + 4,07 = 7,88 МПа.

Таким образом, давление закачки равно 7,88 МПа, т. е. почти на 15 % больше значения при прямой закачке.

Рассчитываем максимальное давление закачки по (1.41) (при р_тгл = 4,07 МПа):

р_зтах =9,81∙3200(1150 − 1000) 10 ^-6 +4,07 + 1,45 + 0,56 = 10,79 МПа.

Следовательно, максимальное давление закачки равно 10,79 МПа, т. е. на 14 % меньше значения при прямой закачке.

Задача 1.2. Для условий предыдущей задачи рассчитать параметры процесса освоения при работе насосного агрегата:

на первой скорости,

на второй скорости,

на четвертой скорости при диаметре плунжера 100 мм. Сравнить полученные параметры.

Задача 1.3. Для условий предыдущей задачи рассчитать параметры процесса освоения насосным агрегатом, если скважина полностью задавлена минерализованной водой плотностью _в = 1116 кг/м³ и вязкостью

 = 1,2∙10^-3 Па∙с. В качестве жидкости закачки используется неньютоновская нефть с плотностью _н = 880 кг/м³.

 

Вопросы к лабораторной работе №1

1.Опишите процесс освоения скважин

2. Методы закачки жидкости при проведении освоения скважин

3. Ньютоновские и вязкопластичные жидкости.

4. Основные параметры процесса освоения скважин

 

             Варианты расчета параметров освоения нефтяной скважины

Параметры		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Глубина  скважин Lc, м		3000	2900	3100	3150	3250	3300	3050	2950	3120	3000
Пластовое давление, МПа		35	36	37	38	39	38	37	37,5	37	37,5

 

 

---

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1099; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!