Понятия гидродинамический совершенной и несовершенной скважин.

Содержание

Введение............................................................................................................................3

1. Понятия гидродинамический совершенной и несовершенной................................4

1.1. Гидродинамическое совершенство скважины......................................................11

1.2. Понятие гидродинамической несовершенной скважины....................................19

1.3. Виды несовершенства.............................................................................................20

2. Приток жидкости к совершенной скважине. Формула Дюпюи............................23

2.1. Фильтрационный поток от нагнетательной скважины к эксплуатационной....23

2.2. Приток к группе скважин с удаленным контуром питания................................26

2.3. Приток к скважине в пласте с прямолинейным контуром питания.....................28

2.4. Приток к скважине, расположенной вблизи непроницаемой прямолинейной границы...........................................................................................................................30

2.5. Приток к скважине в пласте с произвольным контуром питания......................30

2.6. Приток к скважинам кольцевой батареи...............................................................32

2.7. Приток к прямолинейной батарее скважин..........................................................36

Задача...............................................................................................................................40

Заключение.....................................................................................................................43

Список литературы........................................................................................................44

Введение

При рассмотрении движения жидкостей и газов в пластах, представляющих собой проницаемую среду, необходимо знать характер изменения давления в точках пласта и на его границах, а особенно на стенках скважины, а также расход пластовых флюидов через какие-либо ограничивающие поверхности. При бурении это представляет интерес с позиции оценки процессов газонефтеводопроявлений, поглощений, проникновения бурового раствора в продуктивные пласты, ухудшения проницаемости при забойной зоны и др.

Рассмотрим несколько частных случаев, представляющих интерес с позиций проводки нефтяных и газовых скважин и широко используемых в различных расчетах при бурении.

При разработке нефтяных и газовых месторождений (НГМ) возникает два вида задач:

1. Задаётся дебит скважин и требуется определить необходимое для этого дебита забойное давление и, кроме того, давление в любой точке пласта. В данном случае величина дебита определяется значением предельной для имеющихся коллекторов депрессией, при которой ещё не наступает их разрушение, или прочностными характеристиками скважинного оборудования, или физическим смыслом. Последнее означает, например, невозможность установления нулевого или отрицательного забойного давления.

2. Задаётся забойное давление и требуется определить дебит. Последний вид условия встречается наиболее часто в практике разработки НГМ. Величина забойного давления определяется условиями эксплуатации. Например, давление должно быть больше давления насыщения для предотвращения дегазации нефти в пласте или выпадения конденсата при разработке газоконденсатных месторождений, что снижает продуктивные свойства скважин.

Наконец, если возможен вынос песка из пласта на забой скважины, то скорость фильтрации на стенке скважины должна быть меньше некоторой предельной величины.

Понятия гидродинамический совершенной и несовершенной скважин.

Пусть при бурении скважины радиусом rс, м частично (Рисунок 1, б) или полностью (Рисунок 1, в) вскрыт проницаемый пласт кругового контура радиусом Rк, м, имеющий непроницаемые кровлю и подошву и толщину h, м (Рисунок 1).

Рисунок 1. Схемы вскрытия проницаемого пласта.

В случае применимости закона Дарси для несжимаемой жидкости справедливы следующие формулы для расчета расхода при стационарной фильтрации. При большой мощности пласта (Рисунок 1, а) имеем формулу для расчета расхода на стенках скважины

где pк – давление на контуре питания скважины, Па.

pс – давление стенках скважины, Па.

или

При этом для рк > рс скважина проявляет с дебитом Q, а в противном случае поглощает. При условии rc < < h и незначительном заглублении (Рисунок 1, б) формула для расчета с удовлетворительной для инженерных расчетов точностью имеет вид

Аналогично при рк > рс имеет место проявление с дебитом Q, а в противном случае –поглощение.

Наконец при вскрытии пласта на всю его мощность (Рисунок 1, в), расход определяется по формуле Дюпюи

при тех же условиях.

Обычно крайне сложно задаваться радиусом контура питания. Если при его задании ошибиться в m раз, то

При условии, что радиус контура питания обычно в сотни или тысячи раз больше мощности пласта или радиуса скважины, первые члены всегда будут на порядок больше вторых членов при m = ⅔. Поэтому погрешности от ошибочного задания радиусом контура питания в 2-3 раза приводят к ошибкам порядка 10 %, т.е. двух-трех-кратные ошибки при задании радиусом контура питания вполне допустимы.

Все приведенные формулы могут быть использованы и для течения газов. В этом случае вместо разности давлений необходимо применять разность квадратов давлений, т.е.

а вместо объемного расхода Q определяется приведенный к стандартным условиям (например, к атмосферным давлению и температуре) объемный расход Qприв. Так, формула Дюпюи при течении газов имеет вид

а для случая одномерного течения соответствующая формула была приведена выше, где в отличие от формулы для жидкости появился множитель 1/рат (где рат – атмосферное давление, Па).

Во всех рассмотренных зависимостях связь между расходом и перепадом давления можно представить в виде следующих моделей

Для жидкости Для газа

Здесь константы A и B в каждом случае имеют свой смысл, но константы А всегда содержат проницаемость среды и вязкость флюида, а константа В зависит от геометрии пористой среды, инерционных эффектов и др. Для определения указанных констант используют различные методы исследования пластов, позволяющие получать кривые Δ р = f(Q), обработка которых дает возможность идентифицировать константы А и В. Основной прием обработки получаемых кривых – обработка по методу наименьших квадратов или его различные модификации.

Виды несовершенства.

Рисунок. 1.6. Схема притока к несовершенной скважине:

а - по степени вскрытия; b - по характеру вскрытия

Гидродинамическое несовершенство скважины проявляется в том, что в призабойной зоне пласта с конечной мощностью отсутствует радиальность потока по причине, обусловленной конструкцией забоя или фильтра.

Различают два вида несовершенства скважин - несовершенство по степени вскрытия и несовершенство по характеру вскрытия. Несовершенная скважина по степени вскрытия - это скважина с открытым забоем, вскрывшая пласт не на всю мощность, а частично (Рисунок 1.6, а).

Скважина, хотя и доведённая до подошвы пласта, но сообщающаяся с пластом только через отверстия в колонне труб, в цементном кольце или в специальном фильтре, называется несовершенной по характеру вскрытия пласта (Рисунок 1.6, b). На практике чаще всего встречаются скважины несовершенные как по степени, так и по характеру вскрытия пласта. Дебит G несовершенной скважины чаще всего меньше дебита Gс совершенной, действующей в тех же условиях, что и данная несовершенная скважина. В некоторых случаях (при торпедной или кумулятивной перфорации, когда глубина прострела достаточно велика) может наблюдаться обратная картина. Отношение данных дебитов характеризует степень несовершенства скважины и называется коэффициентом несовершенства

Коэффициент несовершенства зависит от

* относительного вскрытия пласта h

где hвс - глубина погружения скважины в пласт, h - толщина пласта;

* плотности перфорации (числа отверстий, приходящихся на 1м фильтра), размеров и формы отверстий;

* глубины прострела.

При расчете несовершенных скважин нередко используют понятие приведенного радиуса несовершенной скважины

где rC – радиус несовершенной скважины, С – коэффициент несовершенства.

Приведенный радиус - это радиус такой совершенной скважины, дебит которой равняется дебиту данной несовершенной скважины при тех же условиях эксплуатации. Таким образом, вначале находятся приведённые радиусы rпр и дальнейший расчет несовершенных скважин ведется как для совершенных скважин радиуса rпр. Таким образом, дебит несовершенной скважины можно определить, если известен параметр несовершенства или приведённый радиус rпр, а также известна соответствующая формула дебита совершенной скважины. Влияние несовершенства скважины на приток при существовании закона фильтрации Дарси можно учесть величиной коэффициента С, основываясь на электрической аналогии.

Согласно данной аналогии различие в дебитах совершенной Gc и 15 несовершенной G скважин объясняется наличием добавочного фильтрационного сопротивления несовершенной скважины величиной С/2π h, т.е. дебит несовершенной скважины можно представить в виде:

Учитывая (1.28), получаем зависимость между коэффициентом и и величиной С:

Влияние различного вида несовершенства скважины на приток изучалось как теоретически, так и экспериментально.

Задача.

Таблица к Задаче № 6. Определить коэффициент фильтрации.

Ламинарное движение жидкости в пласте подчиняется закону фильтрации Дарси:

где Q – расход жидкости фильтрующейся в единицу времени, см3/с;

Кф – коэффициент фильтрации, см/с;

I = Δ Н/L – гидравлический уклон или гидравлический (напорный) градиент, доли единиц;

F – площадь поперечного сечения потока жидкости, см2;

Δ Н – разность напоров, см;

Заключение.

Приток жидкости в реальную скважину отличается от притока в гидродинамический совершенную скважину тем, что в при скважинной зоне пласта и в самой скважине против продуктивного горизонта возникают дополнительные фильтрационные сопротивления из-за искривления и загустения линий тока пластовых флюидов. Гидродинамический совершенной считается скважина, размещенная в центре кругового пласта радиусом Rк, свойства которого изотропны во всех направлениях.

Гидродинамическое несовершенство скважины проявляется в том, что в при забойной зоне пласта с конечной мощностью отсутствует радиальность потока по причине, обусловленной конструкцией забоя или фильтра.

Несовершенная скважина по степени вскрытия изучалась В.И. Щуровым путём электролитического моделирования, который построил опытные диаграммы зависимости С от параметра a=h/D ( h - мощность пласта, D- диаметр скважины), относительного вскрытия пласта h=hвс/h ( hвс - толщина вскрытия ). Дарси установил, что количество жидкости, просачивающееся в единицу времени, пропорционально коэффициенту фильтрации, зависящему от физических свойств породы и фильтрующейся жидкости, падению напора, площади поперечного сечения породы и обратно пропорционально пути фильтрации (L), измеренного по направлению движения воды.

Список использованной литературы.

1) Басниев В.С. и др. Подземная гидравлика. - М.: Недра, 1986.-300с.

2) Пыхачев Г.Б., Исаев Р.Г. Подземная гидравлика. - М.: Недра, 1973.- 359с.

3)Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. - М.: Издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1963. - 396с.

4)Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. - М.: Недра, 1984.- 211с.

5) Евдокимова В.А., Кочина И.Н. Сборник задач по подземной гидравлике.

- М.: Недра, 1973.- 166 с.