CC BY
21ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ №10| 744 | 2016 г.
ВЛИЯНИЕ ЖИДКОСТИ В ЛИФТОВЫХ ТРУБАХ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ СКВАЖИН МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ПХГ
УДК 532.5.013.2
О.В. Николаев, К.Т.Н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Москва, РФ), [email protected] С.А. Бородин, к.т.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Москва, РФ), Вого<^п@ упидаг.дагргот. ги С.А. Шулепин, ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Москва, РФ), 5Ьш1ерт@ упидаг.дагргот. ги И.В. Стоноженко, ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Москва, РФ), 1_ БЬопогЬепко^пидаг.дагргот. ги
Определение количества содержащейся в стволах скважин жидкости является актуальной задачей при эксплуатации обводняющихся газовых скважин месторождений и ПХГ. В работе приведены результаты измерений объемного водосодержания и потерь давления в вертикальныхтрубах промыслового сортамента при различных режимах течения в них восходящих газожидкостных смесей на специализированном стенде ООО «Газпром ВНИИГАЗ». Проведено сравнение экспериментально измеренных величин с результатами расчетов по известным методикам. Предложены эмпирические соотношения, позволяющие в условиях эксплуатации скважин газовыхместорождений и ПХГ рассчитывать количество жидкости в стволе, прогнозировать процессы задавливания и продувки, а также оценивать необходимую продолжительность исследований при проведении ГДИ.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЗАВЕРШАЮЩАЯ СТАДИЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, ПХГ, САМОЗАДАВЛИВАНИЕ СКВАЖИН, БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОДОБИЯ, МЕТОДИКА РАСЧЕТОВ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ ПОТОКОВ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД.
ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ № 10 | 744 | 2016 г.
Nikolaev O.V., Ph.D. in Engineering Science, GazpromVNIIGAZ, LLC (Moscow, Russian Federation), 0_Nikolaev@ vniigaz.gazprom. ru Borodin S.A.. Ph.D. in Engineering Science, GazpromVNIIGAZ, LLC (Moscow, Russian Federation), S_Borodin@ vniigaz.gazprom. ru Shulepin S.A., GazpromVNIIGAZ, LLC (Moscow, Russian Federation), S_Shulepin@ vniigaz.gazprom. ru Stonozhenko I.V., GazpromVNIIGAZ, LLC (Moscow, Russian Federation), [email protected]. ru
Tubing Fluid influence upon operation ofwells at Fields and UGSF
Establishing theamountofliquid contained inwell bores is a critical task in the course of operating wateringout gaswells at fields and UGSF.
This work contains the measurement results ofvolumetric water content and pressure losses in ascending field pipes underthe conditions of various flow regimes of ascending liquid-gas mixturesin them, at a specialized stand of Gazprom VNIIGAZ, LLC. A comparison isdrawn between experimentally measured values with calculation data with the help ofwell-known procedures. Empirical relationships that under operation conditions ofwellsat gas fieldsand UGSFallow calculating the amount of liquid in a well bore, predicting squeezing and purging procedures, aswell as assessing the required length of research when conducting flow tests, were proposed.
KEY WORDS: FINAL STAGE OF FIELD DEVELOPMENT, UGSF, WELL SELF-KILL, DIMENSIONLESS NUMBERS OF SIMILARITY, GAS-LIQUID FLOW CALCULATION METHOD, EXPERIMENTAL RESEARCH, SPECIALIZED STAND.
В настоящее время работа значительной доли газовых скважин в нашей стране сопровождается водопроявлениями, что характерно как для газодобывающих предприятий, так и для ПХГ. Эксплуатация обводняющихся скважин при отсутствии надежных расчетных методов прогнозирования режимов их работы зачастую приводит к снижению эффективности работы промыслов [1].
Для разработки адекватных гидродинамических моделей течения газожидкостных смесей применительно к условиям отечественных месторождений и ПХГ в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в 2005 г. был построен специализированный стенд, который позволяет исследовать восходящие потоки в лифтовых трубах промыслового сортамента в широком диапазоне физических параметров, соответствующем условиям эксплуатации скважин в условиях водопроявлений [2].
В настоящей работе приводятся результаты экспериментального исследования потерь давления и объемного содержания жидкости в стволе скважины при различных режимах ее работы. Потери давления измерялись дифференциальным манометром. Количество жидкости в вертикальных восходящих газожидкостных потоках определя-
лось двумя методами: методом отсечения и балансовым методом. Метод отсечения предусматривает прямые измерения содержания жидкости в трубе и обладает удовлетворительной точностью, однако является «раз-рушающим», поскольку поток в процессе каждого измерения приходится останавливать; при этом для продолжения экспериментов в следующем режиме необходима повторная организация потока с аналогичными характеристиками. В то же время балансовый метод является «неразрушающим», но обеспечивает достаточную точностьтоль-
I, ф
0,10
ко при вспененном режиме, т. е. на левой ветви характеристики газожидкостного потока [3].
Эксперименты проводились в диапазоне давлений 0,5 + 2,0 МПа в лифтовой трубе Ду = 73 мм (внутренний диаметр 62,0 мм) при расходах жидкости 70, 125, 250 л/ч и скоростях газа 8-16 м/с и в лифтовой трубе Ду = 114 мм (внутренний диаметр 100,3 мм) при расходах жидкости 7, 115, 900 л/ч и скоростях газа 7-14 м/с. Результаты измерений потерь давления и объемного содержания воды в трубе при разных расходах газа и жидкости представлены на рис. 1 и 2
Ег *
Рис. 1. Зависимости потерь давления и объемного водосодержания отприведенного параметра Фруда для трубы диаметром 62,0 мм при различных расходах жидкости
ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ №10|744| 2016 г.
I, ф
Fг*
Рис. 2. Зависимости потерьдавления и объемного водосодержания от приведенного параметра Фруда для трубы диаметром 100,3 мм при различных расходах жидкости
Ф
Fг *
Рис. 3. Сравнение экспериментально полученных значений истинного объемного водосодержания газожидкостного потока в трубе диаметром 100,3 мм при расходе жидкости 10 л/ч с расчетными значениями по моделям [4]-[8]
как зависимости между безразмерными параметрам и подобия
•--¿кг- <2>
Ф = Т^' (3)
1/тр
где Гг* - приведенный параметр Фруда; /- приведенные потери давления; ф - истинное объемное содержание жидкости; рг- плотность газа, кг/м3; рж- плотность жидкости, кг/м3; и- средняя по сечению трубы
скорость газа, м/с; ё- внутренний диаметртрубы, м; ДА-длина участка трубы, м; Др-потери дав -ления на участке трубы, Па; Уж-объемное количество жидкости в трубе, м3; Ут„-объем трубы, м3.
Интересно провести сравнение полученных результатов измерения объемного водосодержания с расчетами по известным методикам. При этом необходимо иметь в виду, что существующие модели газожидкостных потоков в вертикальных трубах создавались на основе экспериментов со срав-
нительно высоким расходным содержанием жидкости (Р> 10"2) [4]-[8]. Выполненные же на стенде измерения были проведены в условиях, типичных для работы скважин сеноманских залежей на поздней стадии разработки иПХГ(Р<10-2).
На рис. 3 представлены зависимости ф = ф (Гг*), полученные экспериментально и рассчитанные по известным моделям для трубы диаметром 100,3 мм с расходом жидкости 10 л/ч [4]-[8]. Какследует из рис. 3, наиболее близкие к эксперименту значения водосодержаний в этих условиях дает модель Грэя [4], однако, как показали расчеты, она практически не учитывает влияния величины расхода жидкости на ее истинное объемное содержание. По-видимому, это связано с тем, что при построении модели Х.Е. Грэй опирался преимущественно на результаты исследований га-зоконденсатных скважин, что, во-первых, ограничивало возможность варьирования расходного количества жидкости в достаточно широких пределах и, соответственно, выяснения его влияния на величину объемного содержания, и во-вторых, практически исключало возможность изучения левой ветви характеристики газожидкостного потока (т. е. вспененного режима), поскольку при таком режиме имеет место протяженный во времени процесс накопления жидкости в стволе с высокой вероятностью задавливания скважины.
Для практического использования полученных экспериментальных результатов путем аппроксимации составлена эмпирическая зависимость истинного объемного водосодержания от приведенного параметра Фруда ф = ф (Гг*), расхода жидкости и диаметра трубы со сред-неквадратическим отклонением не более 3,5 %:
Ф = А(Гг*)в, (4)
ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ДОБЫЧА ГАЗА И ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА
№ 10 | 744 | 2016 г.
где
В(д„, 6)=-8,13
6 5
6 0'3
-2,14' 10-7' 63,
(5)
(6)
где цж-расход жидкости, л/ч.
Формулы (4)-(6) применимы для газожидкостных потоков в трубах промыслового сортамента при расходных содержаниях жидкости до 1 %.
В качестве примера использования полученных расчетных формул проанализируем работу скважины одного из ПХГ с лиф -товой трубой длиной 739,36 м диаметром 114 мм, с водогазо-вым фактором 25 см3/м3, при пластовом давлении 6,38 МПа. В табл. 1 представлены данные об исследованиях скважины на нескольких стационарных режимах, проведенных на ДИКТе диаметром 50 мм.
По результатам исследований получены значения фильтрационных коэффициентов а = 0,92 -10"2 МПа2/(тыс. м3/сут), Ь=0,013'10"2 МПа2/(тыс. м3/сут).
На рис. 4 представлены ре -зультаты ГДИ с расчетными за -висимостями от дебита забойного давления (рза6), устьевого давления для «сухой» скважины (р устгаз). устьевого давления для случая течения газожидкостной смеси (рустГЖс)' величины равновесного объема воды в стволе скважины (Уж). В таблице 1 так-жеуказаны расчетные величины равновесного объема воды Уж, а также дебита воды qж на режи-ме. Анализируя рис. 4 и табл. 1, можно сделать следующие выводы. Первые три режима проводились при дебитах меньше минимального, необходимого для устойчивой работы скважин, равного Омин= 124 тыс. м3/сут, которому соответствует точка А на рис.4.Приэтихрежимахсква-жина задавливается, однако в процессе исследований это заметить сложно, поскольку
500 600
тыс. м3/сут
Рис. 4. Иллюстрация влияния жидкости на режим эксплуатации обводненной скважины
ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ №10|744|2016г.
Таблица 1. Результаты ГДИ скважины
Номер Диаметр Q, р , ' уст Яж,
режима диафрагмы, мм тыс. м3/сут МПа МПа M3 л/ч
1 6,00 34,28 5,73 6,34 1,501 52
2 8,00 57,83 5,69 6,31 0,674 60
3 10,00 91,66 5,66 6,24 0,311 96
4 12,00 129,20 5,62 6,19 0,170 136
5 14,00 167,88 5,43 5,96 0,108 177
б 16,00 205,38 5,19 5,81 0,078 214
7 12,00 129,53 5,63 6,18 0,170 136
за 30 минут исследований на каждом режиме скважина наполня-ется водой лишь на некоторую долю от равновесного объема. Так, на 1-м режиме заполнение скважины могло бы произойти за £= Уж^ж= 1501/52 = 29 часов, однако за время исследований воды в скважине набралось гораздо меньше, что оказало влияние на зафиксированную прибором величину устьевого давления: эта величина ниже, чем для однофазного потока, но выше, чем для равновесного двухфазного. Исследования на
4-м режиме проведены практически при минимальном дебите; пустая скважина на этих режимах могла бы заполниться за 1,5 часа. Фактическое наполнение жидкостью к концу режима составило около 70 % от ее равновесного количества с учетом той жидкости, которая осталась в стволе от предыдущих режимов. Режимы 5 и б характеризуются наибольшими дебитами, наименьшими величинами объемного водосодержания в стволе и наименьшими отрезками времени, требуемыми для заполнения
стволов. При этом на режиме 5 стационарное состояние достигается за 40 минут, на режиме б -за 22 минуты. Следовательно, из всего набора исследованных режимов только на режиме б с дебитом 205 тыс. м3/сут было достигнуто стационарное состояние, вто время какизмерения на остальных режимах проходили в условиях не достигших завершения процессов с продолжающимся увеличением количества жидкости в стволе.
Таким образом, полученные эмпирические соотношения (4)-(б) позволяют с достаточной для практики точностью рассчи-тывать количество жидкости, распределенной в лифтовых трубах при различных режимах эксплуатации скважин месторождений и ПХГ, оценивать необходимую величину продолжительности исследований при проведении ГДИ, а также могут быть использованы в расчетах процессовзадавливания и про -дувки скважин. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Изюмченко Д.В., Стоноженко И.В., Гужов K.H. и др. Сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований вертикальных газожидкостных потоков с расчетами по программе OLGA /Проблемы разработки и эксплуатации газовых, газоконденсатных
и нефтегазоконденсатных месторождений //НТС «Вести газовой науки». - М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 201 б, - С. 91-95.
2. Тер-Саркисов P.M., Сулейманов P.C., Бузинов C.H. и др. Новый этап в изучении газожидкостных потоков в вертикальных трубах// Газовая промышленность. - 2006. -№3,- С. 64-67.
3. Николаев O.B., Бородин С.А., Пищухин В.М. и др. Экспериментальное изучение водосодержания в лифтовых трубах вусловиях поздней стадии разработки газовых месторождений / Проблемы разработки газовых, газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений //НТС «Вести газовой науки».-М.: 000«Газпром ВНИИГАЗ».-№ 4 (20). -2014. -С. 89-96.
4. VFPi UserCourse. -Schlumberger. -GeoQuest. - 1999.-90 p.
5. Duns,H.,Jr. Ros, U.C. J.: Verticalflowofgasand [¡quid mixturesin wells// Proc. 6th World Petri. -Congress. Frankfurt. -1963. - Sect. II. — P. 451-465.
6. Мамаев B.A., Одишария Г.Э., Семенов Н.И., Точигин А.А, Семенов Н.И. Движение газожидкостных смесей в трубах. - М.: Недра, 1978. - 270 с.
7. Одишария Г.Э., ТочигинА.А. Прикладная гидродинамика газожидкостных смесей. - М.: ВНИИГАЗ, 1998. - 398 с.
8. Сахаров В.А., Мохов М.А. Гидродинамика газожидкостных смесей в вертикальных трубах и промысловых подъемниках. - М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти игазаим.И.М. Губкина, 2004. -398 с.
REFERENCES
1. Izyumchenko D.V., Stonozhenko I.V.,GuzhovK.N.,etal. Comparative analysis ofexperimental research results of ascending gas-liquid Rows with calculationswith the use ofthe program OLGA/Development and operation problems ofgas.gasandoil condensate fields// Research and engineering collection "GasScience News". - M.: Gazprom VNIIGAZ, LLC, 2016,- P. 91-95.
2. Ter-Sarkisov R.M., Suleymanov R.S., BuzinovS.N., etal. Newstagein researching gas-liquid flowsin ascending pipes//Gas Industry. -2006. - No. 3. -P. 64-67.
3. Nikolaev O.V., Borodin S.A., Pishchukhin V.M., etal. Experimentalwork on tubing water content underthe conditions ofthe advanced stageofgas Held development/Development and operation problems ofgas.gasandoil condensate fields // Research andengineering collection "Gas Science News". - M.: Gazprom VNIIGAZ, LLC. - No. 4 (20). - 2014. - P. 89-96.
4. VFPi UserCourse.-Schlumberger. -GeoQuest. - 1999.-90 p.
5. DunsH., Jr. Ros U.C.J. Vertical Row of gas and liquid mixturesin wells// Proc. 6th World Petri. -Congress. Frankfurt. -1963.-Sect. II.-P. 451-465.
6. MamaevV.A., Odimaria G.E., Semenov N.I., Tochigin A.A., Semenov N.I. Gas and liquid mixture Row in pipes. - M.: Nedra, 1978. - 270 p.
7. Odimaria G.E., Tochigin A.A. Applied hydrodynamics ofgasand liquid mixtures. - M.: VNIIGAZ, 1998.-398 p.
8. SakharovV.A., Makhov M.A. Hydrodynamics ofgasand liquid mixtures in ascending pipesand Held lifts. - M.: FSUE "Oiland Gas" Publishing, Gubkin Russian State UniversityofOiland Gas, 2004.-398 p.
