Эксплуатация нефтяных и газовых скважин

16.5. Расчет внутреннего диаметра и глубины спуска колонны НКТ в скважину

Колонну НКТ спускают в скважину для: 1) предохранения эксплуатационной обсадной колонны от абразивного воздействия твердых взвесей и коррозионных агентов (Н2S, СО2, кислот жирного ряда - муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной и др.), содержащихся в потоке газа; 2) контроля за условиями отбора газа на забое скважины; 3) создания необходимой скорости движения потока газа для выноса на поверхность твердых взвесей и жидкости с забоя скважины; 4) равномерной выработки газонасыщенных пластов большой толщины по всему вскрытому интервалу; 5) проведения ремонтных работ и интенсификации притока газа из пласта в скважину. 16.5.1. Определение внутреннего диаметра колонны НКТ

Определим внутренний диаметр колонны НКТ D из условия выноса с забоя на поверхность твердых частиц заданного размера d и и плотности ρч.

Силу сопротивления среды (в Н) при падении в ней твердой частицы определим по закону Ньютона


, (16.3)

где ξ - безразмерный коэффициент сопротивления среды, ξ = ξ(Rе); Rе - критерий Рейнольдса; F - площадь поперечного сечения частицы (полагая частицу сферической, имеем F = πd2/4, где d - диаметр частицы); ρг - плотность газа, кг/м3; v - скорость движения осаждающейся частицы, м/с.

Вес твердой частицы в газовой среде (в Н) выразится так:


,

В случае, если сила сопротивления среды R равна весу частицы в газовой среде G, получим


, (16.4)

При малых Rе (Rе < 500) коэффициент сопротивления среды можно выразить из закона Стокса:


,

где μ - коэффициент динамической вязкости газа, Па-с. Подставив это выражение для ξ в (16.4), получим (в м/с)


, (16.5)

В случае, если Rе > 500, ξ не зависит от Rе; ξ = 0,44. Подставив это значение ξ в (16.4), получим


, (16.6)

Полагая что, ρч > ρг (например, ρч = 2500 кг/м3; ρг = 50 кг/м3), с учетом


,

формулу для определения v0 можно записать в следующем виде:


, (16.7)

Из формулы (16.7) следует, что v0 = v0 (d, ρч, Z, Т, P). Диаметр колонны НКТ определяется в следующем порядке. Из уравнения притока газа к скважине


, (16.8)

определим Pз соответствующее принятому значению Q, далее найдем t3 по формуле t3 =tн - ε·(Pк - Р3) и Z3, затем по формуле (16.7) можем определить vо. Для заданного диаметра частицы d и далее - необходимый диаметр колонны НКТ D, принимая некоторый резерв скорости для надежности выноса частицы (vор = 1.2 vо)


, (16.9)

Обычно рч = 2500 кг/м3, и = 0,1 мм, и„ = 1 - 3 м/с.

При заданных диаметрах колонны НКТ D и выносимых частиц породы d изменение во времени дебита скважины Q для выноса твердых частиц с забоя скважины определяется методом итераций (последовательных приближений).

Вынос капель жидкости с забоя скважины на поверхность характеризуется тем, что размер и форма капли изменяются при изменении температуры и давления. Повышение давления в области проявления прямых процессов конденсации и испарения приводит к увеличению (сохранению) размера капли, увеличение температуры - к уменьшению размера капли в результате испарения жидкости с ее поверхности.

Сохранению размера капли способствует поверхностное натяжение σ, уменьшению размера, дроблению капли - скоростной напор. Установлено, что при данной скорости газового потока существует критический, максимальный диаметр капли, зависящий от безразмерного числа Вебера. Экспериментально определено, что максимальный диаметр жидкой частицы сохраняется до Wе = 30: