Основы теории подъема жидкости в ГС




 

Физика движения ГЖС, структура ГЖС в лифте,

Скорости ГЖС

 

Приток жидкости и газа к скважинам обусловлен разностью забойного и пластового давлений. Подъем жидкости и газа от забоя скважины на дневную поверхность – основной процесс при эксплуатации скважин. Этот процесс может происходить как за счет природной энергии WП поступающих к забою жидкости и газа, так и за счет вводимой в скважину с дневной поверхности энергии WИ. Газожидкостная смесь (ГЖС), пройдя через специальное устьевое оборудование, попадает в сепараторы (отделители жидкости от газа), замерные емкости, а затем – в промысловые трубопроводы. Чтобы обеспечить движение смеси в промысловых трубопроводах, на устье скважины поддерживают то или иное противодавление. На основании изложенного можно составить следующий энергетический баланс:

, (5.1)

где W1 – энергия, затраченная на подъем жидкости и газа с забоя до устья скважины;

W2 – энергия, расходуемая газожидкостной смесью при движении через устьевое оборудование;

W3 – энергия, уносимая струей жидкости и газа за пределы устья скважины.

В свою очередь энергию, затраченную на подъем жидкости и газа с забоя до устья можно разделить на следующие составляющие:

 

, (5.2)

 

где WГ – энергия, затраченная на движение к устью скважины ГЖС по

горизонтальному участку скважины;

WВ – энергия, затраченная на движение к устью скважины ГЖС в

вертикальном участке скважины;

WТР – энергия, необходимая для преодоления сил трения при

движении ГЖС в скважине (местные сопротивления и

сопротивление по длине).

Если подъем ГЖС от забоя на дневную поверхность осуществляется только за счет природной энергии (т.е. WИ = 0), то эксплуатация скважин называется фонтанной. При WИ ≠ 0 мы имеем дело с механизированной добычей. Большинство скважин эксплуатируется механизированным способом.

Изучение и расчет движения двухфазных потоков как в вертикальных, так и в горизонтальных участках ствола скважин исключительно сложны. Основная сложность заключается в том, что в газожидкостном потоке происходит относительное движение фаз, обусловленное их разными плотностью и вязкостью.

Визуальные наблюдения и киносъемки движения ГЖС в горизонтальных стеклянных трубах позволили разделить все наблюдаемые в процессе экспериментов структуры потока на несколько видов, которые представлены на рисунке 5.1.

Основное дифференциальное уравнение для определения градиента давления при установившемся движении газожидкостной смеси в горизонтальном участке запишется в следующем виде (5.3):

, (5.3)

 

где – градиент давления;

λсм – коэффициент гидравлического сопротивления;

 
 

1 – жидкость; 2 – газ;

а – поток с отдельными пузырьками газа; б – поток с началом образования газовых

пробок; в – расслоенный поток; г – волновой поток; д – пробковое течение;

е – эмульсионный поток

 

Рисунок 5.1 – Структуры газожидкостной смеси в горизонтальном участке

ствола скважины

 

ρсм – плотность смеси, кг/м3;

Vcм – скорость движения смеси, м/с;

D – диаметр лифтовой колонны, м;

Для определения плотности смеси используется уравнение (5.4):

 

, (5.4)

 

где φ – коэффициент истинного объемного газосодержания;

ρж и ρг – плотность соответственно жидкости и газа при средних

давлении и температуре в стволе скважины, кг/м3.

Основное расчетное уравнение для негоризонтальных участков можно записать в следующем упрощенном виде (5.5):

 

, (5.5)

 

где - условный перепад давления;

ΔРтр – перепад давления, обусловленный гидравлическим сопротивлением газожидкостного потока;

ΔРсм – общий перепад давления, обусловленный гравитационными силами;

В правой части уравнения (5.5) знак плюс принимается при восходящем потоке, знак минус – при нисходящем.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-04-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: