Задачи для самостоятельного решения.

Задача 17.Скважина фонтанирует за счет гидростатического напора без выделения свободного газа в подъемных трубах.

Требуется определить гидравлические потери напора, забойное давление и к.п.д. подъемника при фонтанировании по подъемным трубам и по эксплуатационной колонне.

Исходные данные: глубина скважины Н = 2900 м; внутренний диаметр эксплуатационной колонны D =150 мм; подъемные трубы с внутренним диаметром d = 62 мм спущены до верхних перфорационных отверстий; дебит скважины Q =320 т/сут; рабо­чее давление на устье скважины при фонтанировании по 62-мм трубам р_у = 11,5 МПа; коэффициент продуктивности скважины K =110 т/сут ·МПа; плотность нефти ρ = 860 кг/м³ (0,86 т/м³); кинематическая вязкость нефти при средней температуре в сква­жине 383 К

 ν = 10*10^-6 м²/с.

Фонтанирование по 62-мм подъемным трубам

Средняя скорость движения нефти

Критерий Рейнольдса

Rе = .

Режим турбулентный. Коэффициент гидравлического сопроти­вления

Гидравлические потери напора при движении нефти в 62-мм колонне труб                     Па

Гидростатическое давление столба нефти в скважине 
              р_ст = ρ g Н = …. Па = …..МПа.

Потери скоростного напора при υ_н =1,43 м/с ничтожно малы, поэтому ими пренебрегаем.

Забойное давление

Рз = Ртр + Рст + Ру = …………….. МПа.

К. п. д. подъемника при фонтанировании по 62-мм колоне

Перепад давления на забое

Δр = Q / К = …. Па = …..МПа.

Пластовое давление

Рпл = Рз + Δ р = ……….. МПа.

Общий к. п. д. фонтанирования (при движении нефти из пласта на поверхность)

η_общ = Рст / Рпл = ….

Фонтанирование по 150-мм эксплуатационной колонне

При фонтанировании скважины при том же дебите и забойном давлении по 150-мм эксплуатационной колонне уменьшатся гидра­влические сопротивления и повысится устьевое давление.

Средняя скорость движения нефти        

υ_н = …….м/с.

Критерий Рейнольдса

Rе = …..

Режим турбулентный. Коэффициент гидравлического сопро­тивления

λ = ………

Устьевое давление

Ру = Рз — Рст – Ртр = ……………МПа

К.п. д. подъемника при фонтанировании по 150-мм эксплуата­ционной колонне (без учета потерь энергии в штуцере)

η =………..

Из рассмотренного примера видно, что при фонтанировании по эксплуатационной колонне вследствие уменьшения гидравли­ческих сопротивлений буферное давление повышается на 1,14 МПа, в результате чего удлиняется период фонтанирования и создается возможность увеличения депрессии и дебита скважины. Но прак­тически это возможно только в частном случае, когда для освоения скважины не требуется спускать фонтанные трубы (из-за высокого пластового давления в условиях водонапорного режима), отсут­ствует вынос песка и забойное давление больше давления насыще­ния нефти газом.

Задача 18 . Определить необходимый диаметр вертикально­го сепаратора, если нагрузка на него по жидкости составляет = 10 000 м³/сут, газовый фактор нефти при давлении в сепара­торе 0,6 МПа и температуре 293 К равен G(p) =100 (объем газа приведен к нормальным условиям), обводненность добываемой продукции В = 0,5.

    Так как сепаратор вертикальный, следовательно, все его поперечное сечение занято потоком газа. Поэтому

Так как f _Г =1 то

Откуда D > 2,05 м.

Из технических характеристик вертикальных сепараторов из­вестно, что максимальный диаметр их не превышает 1,6 м, следо­вательно, вертикальные сепараторы в данных условиях использо­ваться не должны.

Задача 19 . Определить максимальную нагрузку на верти­кальный сепаратор диаметром 1,6 м по жидкости, если газовый фактор нефти при давлении в сепараторе 0,6 МПа и температуре 293 К равен G(p)=100 (объем газа приведен к нормальным усло­виям), обводненность добываемой продукции В = 0,5.

Максимальная пропускная способность вертикального сепаратора по газу при давлении в се­параторе 0,6 МПа и температуре 293 К составит (все поперечное сечение вертикального сепаратора занято потоком газа)

Из технической характеристики вертикальных сепараторов из­вестно, что пропускная способность сепараторов по газу с рабочим давлением 0,6 МПа и диаметром 1,6м равна 0,670×10⁶ м³/сут. Это в 2,21 раза завышено по сравнению с рекомендацией (3), полученной из ограничения максимальной скорости потока (не более 0,1 м/с) газа в гравитационном сепараторе при давлении 1,6МПа и температуре 273 К . Поэтому для дальнейших расчетов пропускную способность сепаратора по газу принимают 303 000 м³/сут.

По определению

где Q_r ( p ) —объемный поток газа, выделившегося из нефти при давлении и температуре в сепараторе (объем газа приведен к нор­мальным условиям), м³/сут; Q_a — объемный поток нефти, посту­пающей в сепаратор, м³/сут. Если известно G ( p ) и найдено Q_r ( p ), то

Так как обводненность продукции равна 50 %, то максимальная нагрузка на сепаратор по жидкости составит

Определим допустимую нагрузку на сепаратор по жидкости для заданных условий

Расчет дает сразу же нужный результат, расхождение на ? м³/сут вызвано округлениями при расчете.