Методики определения диаметров фонтанных труб

ФОНТАННЫХ ТРУБ В ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ

ЛЕКЦИЯ 13. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ДИАМЕТРА

Определение оптимального диаметра фонтанных труб, зависящего от ряда факторов, в том числе от конструкции эксплуатационной газовой скважины - важная технико-экономическая задача проектирования системы разработки газового месторождения. Диаметр фонтанных труб определяет потери давления при движении газа в скважине, давление газа на устье скважины, время ввода промысловых дожимных компрессорных станций, длительность периодов бескомпрессорной и компрессорной эксплуатации месторождения.

Расчет диаметра фонтанных труб производят исходя из необходимости выноса с забоя на поверхность твердых и жидких примесей в газе или из необходимости обеспечения минимума потерь давления в стволе скважины при заданном дебите.

Рассмотрим методику определения диаметра, обеспечивающего вынос твердых или жидких частиц с забоя скважины. Поскольку газовые скважины часто работают с поступлением из пласта частиц породы и воды, диаметр фонтанных труб должен обеспечивать полный вынос газовым потоком частиц породы и воды, скапливающихся на забое. Как показывает промысловый опыт, вынос этих частиц обеспечивается тогда, когда скорость восходящего потока в скважине превышает критическую скорость, соответствующую взвешенному состоянию частиц и равна:

(13.1)

где - скорость восходящего потока газа в скважине, см/с;

- критическая скорость, при которой капля воды или частица породы находится во взвешенном состоянии см/с; Частица как бы висит в потоке, не поднимается и не опускается по

отношению к стенке скважины. Значение критической скорости может быть определено по известной формуле Риттингера:

(13.2)

где q - ускорение силы тяжести, см/с²;

d - диаметр частиц, см;

, - плотность частиц породы и газа, г/см³;

J - аэродинамический коэффициент скольжения, зависит от формы частиц породы или воды. Для капель воды шарообразной формы J= 0,45, для шарообразных частиц породы J =0,25, для призматических частиц породы =0,75.

Скорость восходящего потока газа будет минимальной у башмака фонтанной колонны и определяется выражением

(13.3)

где Q - дебит газа, м/сут;

- забойное давление, кг/см²;

D - внутренний диаметр фонтанных труб, см.

Подставляя (13.3) в (13.1), определим максимальный диаметр фонтанных труб, при котором обеспечивается вынос частиц породы и жидкости на поверхность,

(13.4)

Теперь рассмотрим методику определения диаметра фонтанных труб по условиям обеспечения минимальных потерь давления в стволе скважины, так как именно здесь возникают основные потери энергии сжатого газа. Пусть по результатам газодинамических исследований скважин известен максимально допустимый дебит ,при котором не происходит разрушения пласта, преждевременного обводнения скважин или других осложнений.

Величина давления на забое газовой скважины , если известно давление на на устье Р_уст, определяется по формуле Адамова Г.А.:

(13.5)

где - коэффициент гидравлического сопротивления для труб определенной шероховатости;

- средний коэффициент сверхсжимаемости газа в стволе скважины;

Т_ср - средняя температура труб.

Если величина потерь давления в стволе скважины задана:

(13.6)

где - давление, затрачиваемое на трение, то внутренний диаметр фонтанных труб определяется выражением

(13.7)

Если этот диаметр окажется больше рассчитанного по формуле (13.4), обеспечивающего вынос примесей, то придется несколько увеличить потери давления в колонне за счет уменьшения D, и в этом случае будут выдержаны два условия: заданный дебит и заданная скорость потока.

Может возникнуть 3-й случай, когда заданы диаметр и величина потерь давления в скважине (), тогда проверяем перепад по формуле

(13.8)

Если окажется больше заданной величины, то потребуется уменьшить дебит скважины до значения, обеспечивающего заданные потери в стволе скважины.

Когда эксплуатация скважины планируется по затрубному пространству, то вместо диаметра D в расчетные формулы подставляется величина эффективного (эквивалентного) диаметра. Такие расчеты обычно проводятся применительно к условиям каждого месторождения, и выбирается диаметр, соответствующий заданным условиям.

При эксплуатации газовых скважин используются фонтанные трубы (гладкие или с высаженными наружу концами), изготовленные в соответствии с ГОСТ - 633 - 63. В Западной Сибири наиболее часто применяются фонтанные трубы с условным диаметром 102, 146, 168, 219 мм.

(13.9)