Фонтанная эксплуатация нефтяных скважин.

Приток жидкости к забоям скважин происходит под действием разности между пластовым и забойным давлениями. Если давление столба жидкости, заполняющей скважину до устья, меньше пластового, то скважина будет переливать на поверхность, т. е. будет фонтанировать. В зависимости от режима работы залежи фонтанирование скважины может происходить или за счет энергии гидростатического напора, или за счет энергии расширения газа, растворенного в нефти, или за счет той и другой энергий.

Фонтанирование скважины только под действием гидростатического напора происходит в том случае, когда давление на устье больше давления насыщения (p _У> p _НАС ). При этом весь газ находится в растворенном состоянии в нефти, и забойное давление определяется как давление столба однородной жидкости, заполняющей скважину, по формуле:

где Р заб — забойное давление, МПа; Н — глубина скважины, м; ρ — плотность жидкости, кг/м³; g — ускорение свободного падения, м/с²; p _ТР — гидравлические потери давления на трение при движении жидкости, МПа; р_У — противодавление на устье, МПа.

В практике нефтедобывающей промышленности редко встречаются скважины, в которых подъем жидкости происходит только под действием гидростатического напора. Большинство фонтанных скважин работают одновременно как за счет энергии гидростатического напора, так и энергии расширения газа в нефти. Для таких скважин справедливо неравенство:

т. е. в нижней части ствола скважины до интервала, где давление равно давлению насыщения, движется однофазная жидкость, а выше — двухфазный поток (жидкость + газ).

Нередко фонтанная скважина эксплуатируется при забойном давлении ниже давления насыщения, при котором в скважине движется газожидкостная смесь. По мере подъема смеси изменяются ее плотность и соотношение объемов жидкости и газа в зависимости от давления, скорости движения смеси и диаметра подъемных труб. Такие же условия движения газожидкостных смесей наблюдаются и при газлифтной эксплуатации скважин.

Различают три режима тдвижения газожидкостной смеси:

Рисунок – 10.5.1. – Структура газожидкостной смеси при движении её в подъёмнике.

1. Пузырьковый режим (рис. 10.5.1. а), при котором жидкость, пронизанная мелкими пузырьками газа высокого давления, движется в нижней части подъемных труб. Пузырьки газа свободно перемещаются в жидкой фазе, практически не оказывая влияния на подъем жидкости.

2. Снарядный (пробковый) режим (рис. 10.5.1. б), при котором из жидкости выделяется значительное количество газа в виде крупных пузырьков, соизмеримых с диаметрами труб и имеющих удлиненную форму. Пузырьки газа чередуются с жидкостными перемычками. Снарядный режим в основном проявляется в средней части подъемных труб. По мере подъема смеси к устью скважины из жидкой фазы выделяется все больше и больше пузырьков газа, происходит их слияние, и размеры пузырьков увеличиваются. При этом режиме течения наблюдается значительная пульсация потока и скважина работает неравномерно.

3. Дисперсно-кольцевой режим (рис. 10.5.1. в), при котором газообразная фаза образует ядро потока, а жидкая фаза движется по стенкам труб. В ядре потока содержатся капли жидкости. Дисперсно-кольцевой режим проявляется в основном ближе к устью скважины, где наблюдаются наибольшее снижение давления и сравнительно большие скорости движения газожидкостной смеси.