Формула крылова оптимального давления на устье нагнетательной скважины

Давление на устье нагнетательной скважины

зависит от различных технических, технологических, геологических и экономических факторов:

КПД насосных агрегатов, коэффициент приемистости скважины, стоимость одного кВт-ч электроэнергии, удельный расход электроэнергии, давление на линии нагнетания, глубина скважины, режим закачки воды.

ρ_в — плотность закачиваемой воды, кг/м 3 ; Н — глубина скважины, м; Ртр. — потери на трение, Па.

Водоснабжение систем ППД. Источники водоснабжения. Качество нагнетаемой воды. Водоснабжение с использованием поверхностных вод. Основные элементы схемы. Водозаборы открытого и закрытого типов. Схема и принцип работы водоочистной станции.

Источники водоснабжения.

Грунтовые воды (значительное многообразие химического состава (минерализация 100-200 мг/л), небольшое сод-е взвешенных частиц). Можно закачивать без спец. подготовки.

Воды глубинных горизонтов (минерализованы, не требуют дополнительной обработки).

Воды поверхностных водоемов (уступают по качеству грунтовым и глубинным, содержат большое количество механических примесей (глины, ила, песка), способны вызвать набухание глин, кроме морской воды).

Сточные воды (около 83% пластовых, 12% пресных, 5% ливневых вод). Минерализация 15-3000 мг/л, хорошие нефтевытесняющие свойства, содержат большое количество эмульгированной нефти, механических примесей, а также диоксида углерода и сероводорода.

Общие требования к закачиваемой воде:

n ограниченное сод-е мех-х примесей (ТВЧ) и соединений железа;

n отсутствие сероводорода и углекислоты д/предотвращения коррозии оборудования;

n отсутствие органических примесей (бактерий, водорослей);

Источник

Закачка воды и других жидкостей в нагнетательную скважину

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений

МЕТОДЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ

ПРИ РАЗРАБОТКЕ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

к выполнению практических работ

2017

В данном учебно-методическом пособии примеры решения инженерных задач по курсу «Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений».

Предназначены для студентов обучающихся по направлению подготовки 21.04.01 «Нефтегазовое дело», программа магистратуры «Разработка нефтяных месторождений».

Рекомендовано к использованию решением методического совета филиала ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Октябрьском (протокол №9 от 15.04.2017г.)

© ФГБОУ ВО «Уфимский государственный

технический университет», 2017

Введение

Учебно-методическое пособие по дисциплине «Методы поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений» предназначено для студентов направления «Нефтегазовое дело». Основное назначение учебно-методического пособия – дать материал, который позволит выработать навыки применения теоретических сведений к решению конкретных инженерных задач теоретического характера и тем самым освоить расчет закачки технологических показателей воды и других сред, которые находятся в жидком состоянии во всех элементах технологической цепочки. Изучение курса формирует у студента комплекс знаний по поддержанию пластового давления, путем закачки воды и других технологических стабильных жидкостей в нагнетательную скважину.

Ответственное отношение обучаемого к дисциплине гарантирует ему овладение необходимыми знаниями о физических явлениях и процессах, протекающих в нагнетательной системе; о законах, которым они подчиняются и о параметрах, посредством которых можно управлять изучаемыми процессами; возможность выполнения расчетов по всему комплексу вопросов скважинной добычи нефти. При изучении дисциплины соблюдается связь с дисциплинами «Высшая математика», «Физика», и дисциплинами общепрофессиональной и специальной подготовки, непрерывность в использовании ЭВМ в учебном процессе.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

— способностью использовать методологию научных исследований в профессиональной деятельности ПК-2;

— способностью применять полученные знания для разработки и реализации проектов, различных процессов производственной деятельности ПК-6;

— способностью применять методологию проектирования ПК-7;

— способностью использовать автоматизированные системы проектирования ПК-8;

— способностью разрабатывать предложения по повышению эффективности использования ресурсов ПК-16.

Закачка воды и других жидкостей в нагнетательную скважину

В данном учебно-методическом пособии рассматриваются процессы закачки воды и других сред, которые находятся в жидком состоянии во всех элементах технологической цепочки. Эти жидкости можно условно назвать технологически стабильными, хотя правильнее было бы назвать «фазово-стабильными».

МОДЕЛЬ. Расчетная модель процесса закачки технологически стабильной жидкости в нагнетательную скважину включает в себя восемь элементов: 1) призабойная зона пласта; 2) забойный участок скважины; 3) насосно-компрессорные трубы; 4) наземный трубопровод; 5) насосная установка; 6) подпакерное пространство; 7) пакер; 8) надпакерное пространство нагнетательной скважины.

Призабойная зона пласта (ПЗП) оказывает наиболее существенное влияние на распределение давления в системе. ПЗП предопределяет изменение давления нагнетания в зависимости от темпа закачки, вязкости нагнетаемой среды.

Забойный участок скважины – полость между продуктивным горизонтом и нижним сечением насосно-компрессорных труб (НКТ). Обычно длина участка незначительна и участок не оказывает влияния на результаты расчета.

В насосно-компрессорных трубах (НКТ) изменение давления происходит под действием сил тяжести и гидравлического сопротивления, хотя роль последнего фактора, как правило, ниже: на один порядок – при закачке вязких полимерных растворов; на два порядка – при закачке сточных пластовых вод и других подобных сред с невысокой вязкостью.

Наземный трубопровод – участок между насосной станцией или водораспределительным пунктом и устьем нагнетательной скважины – рассчитывается как профильный трубопровод с учетом разности отметок начальной и конечной точек.

Насосная установка включает в себя один или несколько рабочих насосов, обычно центробежного типа, соединенных параллельно или последовательно. Характеристика насосов строится с учетом вязкости нагнетаемой жидкости.

Подпакерное пространство представляет собой кольцевое пространство между наружной поверхностью НКТ и внутренней поверхностью обсадной колонны с нижним сечением, совпадающим с башмаком НКТ. Верхнее сечение определяется глубиной установки разобщающего устройства – пакера. Среда, находящаяся в подпакерном пространстве, состоит, в основном, из закачиваемой технологической жидкости.

Пакер как элемент системы закачки характеризуется разностью давлений со стороны надпакерного и подпакерного пространств.

Надпакерное пространство – кольцевое пространство между НКТ и обсадной колонной, нижнее сечение которого совпадает с пакером, а верхнее – с устьем скважины, как правило, заполняется буферной жидкостью с низкой коррозионной активностью. Свойства этой жидкости, в частности плотность, могут отличаться от свойств закачиваемой жидкости.

Процесс закачки воды и других технологически стабильных жидкостей в нагнетательную скважину описывается двумя системами уравнений: 1) система для потока закачиваемой технологической жидкости (ТЖ); 2) система для разобщающего устройства (пакера).

Первая система включает в себя уравнения движения для ПЗП, НКТ и наземного трубопровода, а также развиваемого насосом давления:

, (1.1)

, (1.2)

, (1.3)

. (1.4)

Вторая система включает в себя уравнения для давления в надпакерной (Р_вх) и подпакерной (Р_нз) полости нагнетательной скважины:

, (1.5)

, (1.6)

Гидродинамическая нагрузка на пакер рассчитывается по формуле:

. (1.7)

В этих уравнениях приняты следующие обозначения:

Р_зб, Р_пл, Р_зт, Р_вс – давление соответственно забойное, пластовое, затрубное, на всасывающей линии насосной установки;

r , r _бф – плотность технологической и буферной жидкости соответственно;

m _пл , m – вязкость ТЖ и базовой жидкости ППД в пластовых условиях соответственно;

z _пл , z _у , z _нг , z _п – альтитуда соответственно продуктивного горизонта, устья, насосной станции, пакера;

М – темп закачки массовый;

К – коэффициент приемистости при закачке базовой жидкости ППД;

G – степень изменения коэффициента приемистости при переходе с базовой жидкости ППД на заданную ТЖ;

l , l _тр – коэффициент гидравлического сопротивления НКТ и наземного трубопровода соответственно;

L , L_тр – длина НКТ и трубопровода соответственно;

D , D _тр – внутренний диаметр НКТ и трубопровода;

Напор насоса в зависимости от его подачи:

, (1.8)

где , , – параметры характеристики насосной установки.

Коэффициенты гидравлического сопротивления определяются по формулам:

, (1.9)

, (1.10)

где , – коэффициент шероховатости внутренней полости НКТ и наземного трубопровода соответственно;

, – вязкость ТЖ в НКТ и наземном трубопроводе соответственно.

Инженерные задачи

Задача 2.1 Определить режимные значения давления нагнетания ( ) и подачи насоса (Q) при закачке сточной пластовой воды в нагнетательную скважину. Закачка ведется от индивидуальной насосной установки по горизонтальному трубопроводу. Характеристики объекта расчета приведены в таблице 2.1, вязкостная характеристика представлена кривой 1 на рисунке 2.1. Режимные значения и Q определяются из сопоставления требуемого и развиваемого насосом давления при различных значениях подачи (таблица 2.1).

Характеристика объекта расчета процесса закачки сточной пластовой воды в нагнетательную скважину

Продолжение таблицы 2.1

1 — сточная пластовая вода; 2 – полимерный раствор с концентрацией 0,05% масс.; 3 – то же при 0,1% масс.; 4 – то же при 0,2% масс

Рисунок 2.1 — Вязкость нагнетаемых жидкостей в зависимости от температуры

Расчетные значения подачи насоса

1 2 3 4 Массовая секундная подача М, кг/с 0,5 1,5 3,0 6,0 Объемная суточная подача при плотности 1050 кг/м 3 41 123 246 492