Приток жидкости к перфорированной скважине

При фильтрации жидкости, подчиняющейся линейному закону, приток жидкости к скважине можно выразить следующим образом:

, (4.1)

где R_ф - фильтрационное сопротивление.

Приток жидкости к перфорированной скважине

(4.2)

будет отличаться тем, что вследствие сгущения линий тока у перфорационных отверстий возникнет дополнительное фильтрационное сопротивление R_доп:

, (4.3)

где С - некоторая геометрическая характеристика.

Подставляя (4.3) в (4.2), получим

. (4.4)

Можно представить два крайних случая геометрической характеристики забоя.

1. Нет ни одного отверстия в обсадной колонне. Тогда, очевидно q_п = 0, С = ∞.

2. Вся поверхность обсадной колонны в пределах толщины пласта покрыта перфорационными отверстиями. В этом случае сгущения линий тока не происходит и геометрия потока не будет отличаться от геометрии потока к забою скважины с открытым забоем. Очевидно, в этом случае С = 0.

Таким образом, величина С должна изменяться от 0 до ∞. С увеличением числа перфорационных отверстий n, их диаметра d, а также глубины L перфорационных каналов в породе пласта дополнительное фильтрационное сопротивление R_доп должно уменьшаться, а следовательно, должно уменьшаться С. Таким образом,

. (4.5)

Задача о притоке жидкости к перфорированной скважине была решена методом электрогидродинамических аналогий (ЭГДА), основанном на тождественности уравнений фильтрации и распространения электрического тока в геометрически подобных системах. Отношение дебита перфорированной скважины к дебиту скважины с открытым забоем, принятой за эталон, при прочих равных условиях принято называть коэффициентом гидродинамического совершенства

. (4.6)

Подставляя вместо q_п его значение из (4.4) и вместо q - из (4.1) и сокращая, найдем

. (4.7)

В методе ЭГДА в геометрически подобных системах токи являются аналогом расходов фильтрующейся жидкости, напряжения перепадов давлений и омические сопротивления - фильтрационных сопротивлений.

Используя гладкий цилиндрический электрод в качестве электрической модели скважины с открытым забоем и цилиндр из изоляционного материала с вмонтированными электродами в качестве модели перфорированной скважины, сравнивают протекающие через них токи при последовательном помещении этих моделей в токопроводящую среду (электролит) геометрически подобную пластовой системе и определяют коэффициент совершенства системы η и, используя (4.7), находят С (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Зависимость C = f(nD, а, l) при l = 0:

n - плотность перфорации; D - диаметр скважин, d' - диаметр отверстий; l' - глубина

перфорационных отверстий; l = l' / D, α = d' / D. 1 - а = 0,02; 2 - oc = 0,04; 3 - a = 0,06;

4 - a = 0,08; 5 - a = 0,l; 6 - a = 0,12; 7 - a = 0,14; 8 - a = 0,16; 9 - oc = 0,18; 10 - a = 0,2

Меняя число электродов n, их диаметр d и длину L, можно установить зависимость C = f{n, d, L).

Несовершенные скважины бывают трех видов: скважина с открытым забоем, частично вскрывающая пласт на величину b (рис. 4.3, а) - несовершенная скважина по степени вскрытия - δ = b/h; скважина с перфорированным забоем и вскрывающая пласт на полную толщину (рис. 4.3, б) - несовершенная скважина по характеру вскрытия; скважина, перфорированная не на всю толщину пласта и вскрывающая его частично (рис. 4.3, в) - несовершенная по степени и характеру вскрытня (двойной вид несовершенства).

Рис. 4.3. Виды несовершенных скважин:

а - скважина, несовершенная по степени вскрытия; б - скважина, несовершенная по характеру

вскрытия, в - скважина с двойным видом несовершенства по степени и характеру вскрытия

Используя метод ЭГДА для определения притока в скважины, несовершенные по степени вскрытия, получим зависимости C = f(a, δ) для различных безразмерных толщин пласта а = h/D, где h - полная толщина пласта, D - диаметр скважины (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Зависимость C = f{a, 6) для скважин, несовершенных по степени вскрытия

Для скважины с двойным несовершенством величина С может быть найдена следующим образом. Представим приток в скважину с двойным несовершенством состоящим из двух последовательных притоков (рис. 4.5): - притока в фиктивную несовершенную по степени вскрытия скважину увеличенного радиуса R и притока в несовершенную по характеру вскрытия скважину с действительным радиусом r_с и плотностью перфорации n.

Рис. 4.5. Схема фильтрации жидкости к скважине с двойным видом несовершенства

При этом движении поток жидкости на своем пути от контура питания Р_к до стенки скважины r_с будет последовательно преодолевать несколько фильтрационных сопротивлений: R₁ - фильтрационное сопротивление от Р_к до стенки фиктивной скважины R,

R₂ - дополнительное фильтрационное сопротивление, вызванное несовершенством скважины по степени вскрытия и равное - (μ/2πkh) *С₁, где С₁ - коэффициент, учитывающий несовершенство по степени вскрытия фиктивной скважины радиусом R, R₃ - фильтрационное сопротивление от R до стенки скважины r_с при толщине пласта b = δ٠h, где δ - степень вскрытия; R₄ - дополнительное фильтрационное сопротивление, вызванное несовершенством по характеру вскрытия при толщине пласта также b = δ٠h и учитываемое коэффициентом C₂. Приток в такую сложную систему определится следующим образом:

, (4.8)

Из формул (4. 1) и (4.3) следует

; (4.9)

; (4.10)

; (4.11)

. (4.12)

Тот же приток можно определить через сумму двух фильтрационных сопротивлений. Одно из них есть фильтрационное сопротивление, возникающее при течении от R_к до r_с для плоско-радиального течения и равное

. (4.13)

Второе - дополнительное фильтрационное сопротивление R*₂, обусловлено двойным видом несовершенства скважины и характеризуется коэффициентом С:

, (4.14)

так что

. (4.15)

Из условия равенства расходов, т. е. приравнивая (4.8) и (4.15), найдем

. (4.16)

После подстановки в (4.16) значений согласно (4.9) - (4.14) и сокращений получим

. (4.17)

Решая (4.17) относительно искомого С и после преобразований логарифмов найдем

. (4.18)

Величина R принимается равной 5r_с из условия выравнивания струек тока и перехода их в достаточно правильный плоско-радиальный поток. При этом условии

. (4.19)

Здесь C₁ определяется по графику C₁ = f(δ, а) для скважин, несовершенных по степени вскрытия. Причем безразмерная толщина вычисляется по соотношению а = h/2R; δ = b /h - относительное вскрытие пласта фиктивной скважины; C₂ определяется по одному из графиков C₂ = f(nD, а, L) или интерполяцией значений, определяемых из графиков.

Определение С для скважины с двойным видом несовершенства по формуле (4.19) более правильно учитывает дополнительнoe фильтрационное сопротивление такой скважины и дает большую величину для С, нежели простое сложение C₁ и C₂, как это необоснованно делается в ряде литературных источников.

Для расчетов притока жидкости к системе взаимодействующих гидродинамически несовершенных, т. е. перфорированных, скважин важное значение имеет понятие приведенного радиуса r_пр. Приведенным радиусом называется радиус такой фиктивной совершенной скважины, дебит которой, при прочих равных условиях, равен дебиту реальной гидродинамически несовершенной скважины.

Из определения следует

. (4.20)

Поскольку дебиты приравниваются при прочих равных условиях, то из (4.20) следует, что

.

Умножая С на 1 = lnе и делая некоторые преобразования, получим

откуда

(4.21)

Таким образом, зная r_пр для перфорированной скважины из (4.21) и подставляя его значение вместо действительного радиуса скважины r_с в любые формулы радиального притока или притока группы взаимодействующих скважин, получим приток для перфорированной скважины или их системы. Подставляя вместо r_с значение r_пр, мы как бы заменяем одну скважину или систему реальных перфорированных скважин их гидродинамическими эквивалентами - совершенными скважинами с фиктивными приведенными радиусами r_пр. Таким образом, введение понятия приведенного радиуса позволяет распространить сложные расчетно-аналитические формулы по определению дебитов системы взаимодействующих идеальных совершенных скважин с плоской фильтрацией на такую же систему реальных перфорированных скважин с пространственной фильтрацией вблизи забоев.