Нефтегазовая и подземная гидромеханика

Курсовая работа

В целях более прочного усвоения курса подземной гидромеханики и приобретения нами навыков использования вычислительной техники для гидродинамических расчетов, закрепления теоретического материала курса мы должны выполнить данную курсовую работу.

На основе теорем механики жидкости выводятся главные соотношения между гидродинамическими характеристиками движущейся жидкости.

В данной курсовой работе будет подробно рассмотрена и выведена зависимость дебита скважины (Q) от устьевого давления Р у . Рассматриваемая задача имеет широкое прикладное значение в нефтегазовой промышленности, особенно в процессе эксплуатации скважины, именно поэтому нам необходимо выполнить данную работу как можно более детально и добросовестно.

Курсовая работа включает две части: 1) гидродинамический расчет движения жидкости в скважине и гидростатический расчет давления в затрубном пространстве; 2) гидродинамический расчет фильтрации жидкости в пласте. В ходе выполнения каждой части работы студент проходит несколько этапов: ознакомление с поставленной задачей и определение теоретического раздела читаемого курса, который используется для ее решения; составление плана изложения работы; расчеты на ЭВМ и оценка качества полученных результатов; обработка результатов и представление их в графическом виде.

Таким образом, в результате выполнения курсовой работы, мы должны приобрести навыки анализирования данных и представления их в графическом виде.

2. Теоретическая часть

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 или газ находятся в гидростатическом равновесии. Необходимо найти зависимость дебита скважины Q от устьевого давления Р у .

Основные формулы, используемые при решении задачи

Установившийся приток однородной несжимаемой жидкости в однородном недеформируемом пласте к гидродинамически совершенной скважине определяется формулой Дюпи:

Q=K*D P, где D P=P k -Pc ,

(1) — коэффициент продуктивности скважины,

характеризующий ее производительность, то есть дебит, приходящийся на единицу перепада давления (депрессии), м3 /(с*Па).

6 стр., 2623 слов

Приток жидкости к скважине или группе скважин в зависимости от ...

... (потенциала). 1. Приток жидкости к скважинам с различным расположением контура питания 1 Приток жидкости к группе скважин в пласте с удалённым контуром питания Используя принцип суперпозиции, рассчитаем дебиты, забойные потенциалы (давления), скорости фильтрации и ...

где Q – дебит скважины, м 3

к – коэффициент проницаемости пласта, м 2

h – толщина пласта, м

Р к – приведенное давление на контуре пласта, Па

Р с – приведенное давление на забое скважины, Па

R к – радиус контура кругового пласта, м

r с – радиус скважины, м

Т.е. формулу Дюпи можно представить в следующем виде:

(2)

Распределение давления в затрубном пространстве.

Пространство между эксплуатационной колонной и насосно-компрессорными трубами заполнено в нижней части неподвижной жидкостью, а сверху – газом. Распределение давления в покоящейся жидкости определяется основной формулой гидростатики:

P=P0 +rg*(z0 – z), (3)

где z 0 = z=const – произвольная горизонтальная плоскость (изобара) с давлением Р=Р0 =const.

Положив z 0 =L-l, Р0 = Рc , получим:

P=Pс +rg*(L – l – z).

(4)

Если известно давление у башмака насосно-компрессорных труб Р c , формула дает возможность рассчитать изменение давления в жидкости.

Закон распределения давления в покоящемся газе дается барометрической формулой:

, (5)

Важнейшимым законом сохранения энергии между двумя сечениями трубопровода является уравнение Бернулли:

, (6)

где Z – расстояние от произвольно выбранной горизонтальной плоскости до центров тяжести соответствующих живых сечений;

  • Р – абсолютное давление в центрах тяжести этих сечений;
  • V – средняя скорость движения жидкости в сечениях;
  • поправочный коэффициент на неравномерность распределения местных скоростей по сечениям потока.

Уравнение Бернулли можно преобразовать, открыв скобки,

(7)

Для нашего условия выбираем Z 1 =0, Z2 =L, , т.к. V1 =V2.

Таким образом, уравнение примет вид: , при этом

P 1 = Pатм + Pс , P2 = Pатм + Pу , где

напор, затрачиваемый на преодоление сопротивлений по длине.

напор, затрачиваемый на преодоление местных сопротивлений.

Потери энергии по длине обусловлены силами трения, возникающими при трении между жидкостью и твердыми стенками, а также между частицами от взаимного соприкосновения. Местные сопротивления возникают при резких нарушениях движения жидкости в результате изменения формы трубы или русла, в котором движется поток.

Поскольку изменения направления движения жидкости по данному трубопроводу нет, то потерями напора в местных сопротивлениях можно пренебречь, т. е. hµ =0. Отсюда получаем:

, (8)

Потери напора при подъеме жидкости по насосно-компрессорным трубам

Для определения потерь на трение используется формула Дарси-Вейсбаха как для ламинарного, так и турбулентного течения.

где l – коэффициент гидравлического сопротивления

L – длина трубы;

  • , (9) d – ее внутренний диаметр;
  • g – ускорение силы тяжести;

V — средняя скорость в поперечном сечении потока

39 стр., 19278 слов

Гидравлический разрыв пласта на Когалымском месторождении ЗАО ...

... одного из методов воздействия на призабойную зону пласта - ГРП на Когалымском месторождении ЗАО ЛУКОЙЛ АИК. 1. Общая часть 1.1 Характеристика района работ Когалымское месторождение находится ... шпата, слаботрещиноватых. Аналогичные породы вскрыты Тевлинской скважиной 114, Сургутской опорной скважиной 51, Федоровской скважиной 131 и Сургутской скважиной 52. По данным калий-аргонового метода возраст ...

Преобразуем формулу (8), учитывая формулу (9) :

В полученной формуле величина V – скорость течения является неизвестной, ее можно найти как отношение расхода Q к площади поперечного сечения S: , где .

Из формулы (10) мы можем выразить устьевое давление P у :

(11)

В этом выражении недостающими данными являются значения давления на забое Р с, ,, Q. Рассмотрим случай, когда задвижка закрыта, то есть, притока флюида нет, и давление на забое будет равно давлению на контуре пласта: Pk =Pc = (Pг + *g*(L–hг ), Pk =Pc = 20,38*106 Па (12)

При открытой задвижке происходит движение флюида по трубопроводу, и давление на забое определяется формулой:

, где R k – радиус контура питания (13)

rc – радиус скважины.

Учитывая формулу (1), можно записать выражение (13) в следующем виде: (14)

Таким образом, формула (11) примет вид:

(15)

Следующим шагом будет определение коэффициента гидравлических сопротивлений , для чего сначала необходимо определить число Рейнольдса – количественный критерий, определяющий характер течения (турбулентный, ламинарный).

Критерий Рейнольдса представляет собой безразмерную величину, значение которой не зависит от применяемой для ее определения системы единиц измерения. Он является как бы мерой отношения кинетической энергии жидкости к работе сил вязкого трения. (16)

Движение в трубах всегда ламинарное, если Re<2320; и коэффициент гидравлических сопротивлений выражается формулой: (17); при Re=2320 говорят, что это критическое число, в таком случае следует учитывать относительную шероховатость стенок труб: (), а коэффициент гидравлических сопротивлений определяется различными формулами. Для значений чисел Рейнольдса, лежащих в пределе 2320< Re < 10*, имеет место формула Блазиуса: (18)

Область со значениями чисел Рейнольдса, лежащими в интервале 10*< Re < 500*, принято называть областью смешанного трения. В этом пределе значений используется формула Альтшуля:

(19)

При значении числа Рейнольдса, попадающего в интервал: Re>500, используется формула Шифринсона для вполне шероховатых труб: (20)

Таким образом, с учетом формул (17),(18),(19) и (20) выражение для устьевого давления примет вид:

, для (Re £ 2320);

, для (2320< Re < 10*);

  • для (10*<
  • Re <
  • 500*).

, для (Re>500*)

В результате мы вывели окончательные формулы для определения устьевого давления, поэтому можно перейти к расчетной части работы.

3.Расчетная часть

Для выполнения этой части необходимы исходные данные, переведенные в систему “СИ ”.

Исходные данные:

Данные

СИ

Радиус контура питания

R к

1 км

10 3 м

Толщина пласта

h

10м

10 м

Радиус скважины

r c

100 мм

0,1 м

Глубина скважины

H

2 км

2*10 3 м

Диаметр НКТ

d

5 см

5*10 -2 м

Шероховатость поверхности труб

0,1 мм

10 -4 м

Высота столба газа до эксплуатации

h го

200 м

200 м

Показания манометра до эксплуатации

P зо

50 атм.

4905000 Па

Плотность жидкости

850 кг/м 3

850 кг/м 3

Плотность газа в нормальных условиях

1,5 кг/м 3

1,5 кг/м 3

Проницаемость пласта

k

200 мД

0,2 *10 -12 м2

Вязкость жидкости

μ

4 спз

0,00408 Па*с

Атмосферное давление

P атм

760 мм. рт.ст.

10,13*10 4 Па