Гидродинамический расчет совместной работы пласта и скважины

Российский Государственный Университет

Нефти и газа имени И. М. Губкина

 

Факультет разработки нефтяных и газовых месторождений

Кафедра нефтегазовой и  подземной гидромеханики

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по курсу

«Нефтегазовая и подземная гидромеханика»

 

 

 

Тема: «Гидродинамический расчет совместной работы пласта и скважины»

   

 

 

 

 

Выполнил

студент III курса

Группы АМ-02-6

Шиленков М. Ю.

 

 

 

 

 

 

 

Москва  2004

 

Постановка задачи

 

В однородном круговом пласте постоянной толщины эксплуатируется  гидродинамически совершенная скважина на стационарном режиме. Подъем жидкости осуществляется по насосно-компрессорным трубам при закрытом сверху затрубном пространстве, где жидкость и газ находятся в гидростатическом равновесии. Найти зависимость дебита скважины Q и затрубного давления P_з от устьевого давления P_у.

 

 

 

рис. 1. Схема совместной работы пласта и скважины

 

Исходные данные

 

Радиус контура питания	Rк=1 км	1000 м
Толщина пласта	h=10 м	10 м
Радиус скважины	rc=100 мм	0,1 м
Глубина скважины	H=2 км	2000 м
Диаметр насосно-компрессорных труб	d=5 см	0,05 м
Шероховатость поверхности  труб	Δ=0,1 мм	10-4 м
Высота столба газа в  затрубном пространстве до начала эксплуатации	hг0=200 м	200 м
Показания манометра, установленного в затрубном пространстве до начала эксплуатации скважины	PЗ0=50 атм	50*105 Па
Плотность жидкости	ρж=850 кг/м3	850 кг/м3
Плотность газа в нормальных условиях	ρг0=1,5 кг/м3	1,5 кг/м3
Проницаемость пласта	k=200 мД	204*10-15 м2
Вязкость жидкости	μж=5 спз	5*10-3 Па*с

 

 

Основные расчетные законы и формулы

 

1. Потери напора  при подъеме жидкости по насосно-компрессорным  трубам

 

Потери напора на трение при движении вязкой жидкости в трубе  рассчитываются по формуле Дарси-Вейсбаха:

 (1.1)

Для случая, когда скважина гидродинамически совершенна по вскрытию, формула принимает вид:

(1.2)

Средняя скорость по определению  равна отношению расхода Q на площадь поперечного сечения трубы:

(1.3)

Коэффициент гидравлического  сопротивления λ в зависимости от безразмерного числа Рейнольдса (1.4) и относительной шероховатости стенок трубы выражаются следующими формулами:

1. (Re ≤ 2320) (1.5)

2. Формула Блазиуса

 при ( )  (1.6)

3. Формула Альтшуля

при ( )  (1.7)

4. Формула Шифринсона

при  (1.8)

 

 

2. Установившийся приток  несжимаемой жидкости к скважине в однородном пласте

 

Установившийся приток несжимаемой однородной жидкости в  однородном недеформируемом пласте к гидродинамически совершенной  скважине определяется формулй Дюпюи:

(2.1)

Распределение давления P по радиусу r при установившемся плоскорадиальном потоке определяется по формуле:

 

(2.2)

 

3. Распределение давления  в затрубном пространстве

 

Распределение давления в покоящейся жидкости определяется основной формулой гидростатики:

P=P₀+ρg(z₀-z) (3.1)

Расчет изменения давления в жидкости при известном давлении у башмака насосно-компрессорных  труб P_c производится по следующей формуле:

P=P_c+ρg(H-L-z) (3.2)

Давление на поверхности раздела жидкости и газа будет равно:

P_г=P_c-ρg(L-h_г) (3.3)

Закон распределения давления в покоящемся газе дается барометрической формулой:

 (3.4)

Выражение для распределения  давления в затрубном газе:

 

(3.5)

Если же известно затрубное  давление P_з по показанию манометра на устье скважины, то для расчета распределения давления в затрубном пространстве используется формула:

 

(3.6) 
Расчетная часть

 

Предполагается, что течение  флюида происходит в турбулентном режиме и для расчета коэффициента гидравлического сопротивления используется формула Шифринсона (1.8).

Так как происходит приток несжимаемой однородной жидкости в  однородном недеформируемом пласте к гидродинамически совершенной  скважине, пользуемся формулой Дюпюи (2.1).

 м³/с

Давление на скважине рассчитывается по закону Бернулли:

Тогда формула дебита скважины принимает вид:

 м³/с

Через формулу Дарси-Вейсбаха (1.2) и (1.3), находим зависимость дебита Q от устьевого давления P_y:

Забойное давление находим  по формуле (2.2):

Из данных формул получаем:

 

 

Результаты

 

1) Зависимость дебита  скважины от устьевого давления:

2) Зависимость затрубного  давления от устьевого:

 

Заключение

 

В данной курсовой работе проведен расчет параметров дебита и устьевого давления, вывод их зависимостей. Проведенная работа может быть положена в основу создания программного средства, позволяющего производить расчет вышеуказанных параметров. Дальнейшая доработка программы приведет к созданию полноценного программного средства, описывающего модель взаимодействия пласта и скважины. Данная работа может послужить основой для решения подобных задач в нефтегазовой отрасли.

 

Список литературы

 

1. Басниев К. С. И  др. Подземная гидравлика. М., «Недра», 1986.

2. Альтшуль А. Д., Киселев  П. Г. Гидравлика и аэродинамика. М., Стройиздат, 1975.

3. Курбанов А. К., Епишин  В. Д. Методические рекомендации  к выполнению курсовых работ  по курсу «Нефтегазовая и подземная  гидромеханика». Уч. Пособие. М., МИНГ, 1987.

4. Справочное руководство  по проектированию, разработке и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти. М., «Недра», 1983.

5. Басниев К. С., Кочина  И. Н., Максимов В. М. Подземная  гидромеханика. М., «Недра», 1993.