2.7. Расчёт и подбор оборудования фонтанной скважины

Фонтанирование скважины возможно при определенном технологическом режиме, который характеризуется величинами дебита, забойного, устьевого и затрубного давлений.

С течением времени по мере отбора нефти из залежи изменяются условия разработки, а значит и условия фонтанирования: изменяются пластовое, забойное давления, дебит, увеличивается обводненность и т. д. Поэтому с течением времени подъемник следовало бы заменить.

Но замена подъемника (НКТ) в скважине является сложным, дорогостоящим и в большинстве отрицательно влияющим на ее продуктивность процессом.

Поэтому подъемник проектируют на весь период фонтанирования.

При этом рассчитывают фонтанный подъемник для конечных условий фонтанирования при оптимальном режиме, а затем проверяют на пропускную способность для начальных условий при максимальном режиме.

Если рассчитанный подъемник не может пропустить начальный дебит, то его пересчитывают для начальных условий при максимальном режиме. Обычно расчету подлежат длина и диаметр фонтанных труб и минимальное забойное давление фонтанирования.

Остальные величины задают или определяют из других соображений.

Исходные данные.

Произвожу расчет фонтанного подъемника по конечным и начальным условиям фонтанирования для эксплуатационной колонны диаметром D = 0,15 м.

Исходные данные имеют следующие обозначения: глубина верхних отверстий фильтра Н₁; глубина нижних отверстий фильтра Н₂; начальный дебит скважины Q_н; конечный дебит скважины Q_к; начальное забойное давление Р_1н; конечное забойное давление Р_1к; начальное давление на устье Р_2н; конечное давление на устье Р_2к; плотность нефти ρ.

Требуется определить оптимальный диаметр фонтанного подъемника и выбрать необходимую марку стали труб.

Обозначение	Данные
Н1, м	2300
Н2, м	2200
Р1н, МПа	19
Р1к, МПа	16
Р2н, МПа	14
Р2к, МПа	0,7
ρ, кг/м3	830
Qн, т/сут	125
Qк, т/сут	95

Определяю глубину спуска НКТ L, колонна НКТ спускается до середины отверстий фильтра с целью улучшения выноса воды и песка и улучшения режима работы скважины.

L_нкт =(H₁+ H₂)/2;

(2300+2200)/2=2250 м

Нахожу оптимальный диаметр подъемника по конечным условиям фонтанирования скважины.

;

188√(830×2250)/((16-0,7)×103)×3√ (95×9,81×2250)/(830×9,81×2250×(16-0,7)×103)=59,8 мм

где Р_1к и Р_2к подставлены в Па

По полученному значению из таблицы выбираю ближайший внутренний стандартный диаметр, d_внутр = 50,3 мм который и используем в дальнейших расчетах.

Наружный диаметр, мм	48	60	73	89	102	114
Внутренний диаметр, мм	40,3	50,3	62	76	88,6	100,3

3. Проверяю найденный диаметр подъемника на максимальную пропускную способность.

;

(15,2×10-8 × 50,33 × ((19-14)103)1,5 ) /(8300,5 ×22501,5)=72,5 т/сут

где d в мм, Р_1н и Р_2н в Па

В результате расчетов получилось, что Q_max < Q_н, найденный диаметр подъемника не устраивает. Необходимо произвести расчет диаметра подъемника по начальным условиям фонтанирования из расчета работы на максимальном режиме, используя формулу:

;

188×√2250(19-14)×106 × 3√125×8300,5 =31,04 мм,

где Р_1н и Р_2н в Па

после чего по таблице выбирается ближайший больший внутренний стандартный диаметр,

d_внутр = 40,3 мм; q_труб =4,45 кг.;

4. Определяю необходимую марку труб данного диаметра.

Расчет начинаю с марки Д.

Допустимая длина подвески для гладких труб определяется по формуле:

L_Д = Q_стрД / (К·q_тр·g);

119/(1,5×4,45×9,81)=1800 м

где Q_стрД - страгивающая нагрузка для труб марки Д в Н (значение выбирается из таблицы); q_тр - вес 1 м трубы в кг; g - ускорение свободного падения, К - коэффициент запаса прочности К = 1,5

Показатели		48	60	73	89	102	114
Вес 1 м трубы, кг		4,45	7,0	9,46	13,67	15,76	19,09
Страгивающая нагрузка резьбового соединения, кН	Д К Е Л М	119 156 171,5 203 234	208 274 301,5 356 411	294 387 426 503 580	446 585 645 760 877	459 602 664 782 903	567 746 822 969 1118

Так как получилось, что L_Д < L, то принимаю марку К и рассчитываю L_К.

L_К = Q_стрК / (К·q_тр·g);

156/(1,5×4,45×9,81)=2380 м

L_К > L, следует то, что марка стали К устраивает.