Вопрос 22. Определение забойного давления в горизонтальных скважинах с малым радиусом кривизны при отсутствии в горизонтальном участке ствола фонтанных труб.

Ответ:

Как было отмечено выше, в настоящее время горизонтальный участок ствола может быть пробурен при радиусе кривизны R_иск = 4-12 м. Теоретически для определения забойного давления у торца ствола с любым радиусом кривизны следует использовать формулу:

P_з.т²= P_у²е^{2(Sв+Sиск+Sг hi)}+(θ_в+θ_иск+θ_г)Q²

Однако, как следует из изложенных ранее формул с учетом точности применяемых на промыслах приборов для определения давления и незначительной величины плотности газа можно упростить эту формулу и расчеты по определению забойного давления в горизонтальных газовых скважинах. В частности, формула (8) может быть заменена на:

P²_з.тм= P_у²е^{2(S'в±Sг hi)}+(θ’_в+θ_г)Q², где параметр S'в определяется из равенства:

S'в=0,03415ρ(Н_в+R_иск.м)/Z’_ср.вT’_ср.в

Это означает, что при малом радиусе кривизны существует возможность исключать из расчета слагаемое, связанное с искривленным участком, но при этом добавлять к глубине вертикального участка ствола Н_в радиус кривизны R_иск, т.е. вместо Н_в использовать величину Н_в+R_иск, как это сделано в формуле (S'в). Значение параметра Srhi в формуле (P²_з.тм) должно быть определено из равенства:

Srhi =0,03415ρhi /Z’_ср.hiT’_ср.hi

При определении Z’_ср.в и T’_ср.в необходимо учесть дополнение к вертикальной глубине Нв следующим образом:

T’_ср.в = [Ty+Tз(Hв+Rиск)]/2;

Z’_ср.в=f [(Р_у +Р₃ (Нв +Rиск)) /2Р_кр; (Т_у +Т₃ (Нв +Rиск)) /2Т_кр ]

С учетом этих поправок значения параметров θ’в и θг должны быть определены по формулам:

θ’_в = 1,3777λ_BZ'²_ср.вT'²_ср.в (e^2S’в -1) / d⁵_ф;

θ_г = 0,094λ_эксZ_ср.гT_ср.гL_г ρ/ d⁵_ф

где d_ф, D_экс - внутренние диаметры фонтанных труб и эксплуатационной колонны, λ_B, λ_экс - коэффициенты гидравлического сопротивления фонтанных труб и эксплуатационной колонны, T_ср.г - средняя температура на горизонтальном участке ствола, Z_ср.г - коэффициент сверх сжимаемости газа при средних по длине горизонтального участка давления и температуры.

Следует отметить, что значения коэффициента гидравлического сопротивления труб λi, входящие в формулы (θ’в и θг) зависят от диаметра и шероховатости труб, скорости движения потока, его структуры, режима течения и др. Как правило, любая конструкция скважины обсажена эксплуатационными трубами до кровли продуктивного интервала и оборудована фонтанными трубами. Но сравнительно часто встречаются случаи, когда в пределах продуктивного пласта ствол скважины не обсажен эксплуатационной колонной и в этом интервале имеет место открытый ствол. Как правило, на этот интервал спускается хвостовик при вскрытии устойчивых к разрушению коллекторов. Если вскрываемые продуктивные пласты неустойчивы к разрушению, то вместо обсадной колонны продуктивный интервал оборудуется фильтром. Как при открытом забое, так и при оборудовании продуктивного интервала фильтрами отсутствуют методы определения коэффициента гидравлического сопротивления, что может привести к существенному искажению величины забойного давления горизонтальных скважин из-за значительной длины горизонтального участка.

Часто из-за небольшой длины горизонтального участка, незначительного дебита и сравнительно большого диаметра горизонтального участка потери давления по длине этого участка оказываются весьма незначительными. Поэтому как давление, так и температура газа по длине горизонтального участка оказываются "практически постоянными". Это означает, что средние значения температуры, давления и коэффициента сверх сжимаемости могут быть заменены их значениями у начального или конечного участка горизонтального ствола.

 

Вопрос 23 Обоснование режима работы скважин в условиях разрушения призабойной зоны пласта. Борьба с образованием песчаных пробок и гидрозатворов.

Ответ:

Условие для устойчивой эксплуатации горизонтальных скважин при возможности разрушения призабойной зоны и образования пробки намного сложнее, чем для вертикальных. Это связано с значительной длиной горизонтального ствола и низкой скоростью потока ближе к торцу скважины. Поэтому при обосновании режима работы горизонтальных скважин необходимо увязать конструкцию горизонтального ствола с распределением давления по длине горизонтальной части и дебита (скорости).

В отличие от вертикальных, в горизонтальных скважинах условие разрушения распространяется не на всю длину ствола, и зона разрушения зависит от конструкции скважины. Если в горизонтальную часть ствола фонтанные трубы не спущены, то наиболее опасной зоной, с точки зрения разрушения призабойной зоны, является начальный участок горизонтального ствола. Если горизонтальный ствол оборудован фонтанными трубами, то наиболее опасным, с точки зрения разрушения, является сечение у башмака фонтанных труб. Таким образом, если освоение залежи будет осуществляться горизонтальными скважинами, то критическую величину градиента давления нужно определить у начала горизонтального ствола, когда он не оборудован фонтанными трубами, и на сечении у башмака, если скважина оборудована фонтанными трубами. Эта отличительная черта горизонтальных скважин связана с большой длиной интервала притока и, в связи с этим, с потерями давления по стволу. На рис. 6.8 показано распределение давления и его градиентов вдоль горизонтального ствола (без фонтанных труб и с ними).

 

 

Интенсивность роста градиента к начальному участку горизонтального ствола при отсутствии фонтанных труб и к башмаку фонтанных труб при оборудовании скважины фонтанными трубами намного меньше темпа роста градиента при фильтрации газа к вертикальной скважине. Темп роста градиента давления по стволу горизонтальной скважины предопределяется потерями давления по стволу при движении газа.

Величину градиента давления по стволу горизонтальной скважины следует отрегулировать конструкцией скважины. В принципе один и тот же дебит из горизонтальной скважины можно получить двумя путями: удлинением ствола и, следовательно, снижением депрессии на пласт по горизонтальному стволу, что приведет к режиму работы без разрушения призабойной зоны; увеличением градиента давления и уменьшением длины горизонтального ствола. В вертикальных скважинах такая возможность ограничена. Интенсивность роста градиента к башмаку фонтанных труб более высока, чем интенсивность в скважинах, не оборудованных фонтанными трубами, так как при движении газа по заданному пространству потери давления выше потерь при движении газа по трубам.

При параболическом характере изменения толщины пласта в призабойной зоне:

 

 

 

 

При известных параметрах величина допустимого забойного давления Рз.доп опрделяется:

 

 

Обоснование режима ограниченной градиентом в условиях разрушения практически невозможно из-за отсутствия информации об устойчивости неустойчивых коллекторов Снятие ограничения связанного с разрушением при забойной зоны возможно путем применения фильтров различных конструкций.

Гидрозатворы образуются при наличии в продукции конденсата, воды, остатков буровых растворов в условиях, когда интенсивность притока газа невелика. Для исключения возможности их образования необходимо обосновать и выбрать такой профиль вскрытия пласта, при котором исключается гидратообразования.

Для предотвращения образования песчаной пробки, скорость движения жидкости должна быть более 5 м/с для обеспечения выноса на поверхность твердых частиц и мех.примесей.

Вопрос 24. Определение распределения дебита горизонтальной скважины по длине горизонтального участка при частичном оборудовании его фонтанными трубами.

Вопрос 25. Определение распределения давления по длине горизонтального участка частично оборудованного фонтанными трубами.

Ответ:

Схема горизонтальной скважины частично или полностью оборудованной фонтанными трубами показана на рисунке 8. Из этого рисунка следует, что при частичном оборудовании горизонтального участка ствола требуется решить две системы уравнений, в частности систему в пределах участка, оборудованного фонтанными трубами и участка башмака фонтанных труб до торца горизонтального участка (см. рисунок 8).

Первая система, где участок оборудован фонтанными трубами состоит из уравнении:

где P₁ - давление в затрубном кольцевом пространстве с эквивалентным диаметром:

 

 

и гидравлическим радиусом Dг =Dэкс - dнф. Параметр α в формуле (50) следует определить по формуле:

где Qi - дебит из участка, оборудованного фонтанными трубами длиной Lф.

Вторая система на участке от башмака фонтанных труб до торца горизонтального участка ствола состоит из уравнений:

 

 

На участке, где отсутствуют фонтанные трубы коэффициенты фильтрационного сопротивления определяются формулами:

 

 

В данном случае допускается, что коэффициенты фильтрационного сопротивления по длине горизонтального участка идентичны, т.е. а_г1= а_г2 и b_г1= b_г2, и поэтому формулы для а_г2 и b_г2 не приводятся.

Дебит из участка длиной Lг - Lф, где отсутствуют фонтанные трубы, обозначенный через Q₂ соответствует притоку из указанного участка, определяется из равенства Q₂=Q_cyм - Q_Lф.

 

Рисунок 8 - Схема горизонтального ствола, частично оборудованного фонтанными трубами (а); распределение дебита и давления по длине горизонтального ствола скважины, оборудованной фонтанными трубами (б)

Совместное решение двух приведенных выше систем позволило установить характер распределения забойного давления и дебита по длине горизонтального участка ствола. Для заданных исходных данных характеры распределения забойного давления и дебита в горизонтальной скважине, частично оборудованной фонтанными трубами, показаны на рисунке 8. Из этого рисунка следует, что из-за значительных потерь давления в зоне, оборудованной фонтанными трубами, интенсивность притока газа выше, чем на участке, где эти трубы отсутствуют.