Расчет теплового и механического взаимодействия скважины с мерзлыми и оттаивающими породами

Тепловое взаимодействие.

Расчет радиуса оттаивания вокруг скважины осуществляется по формуле:

(4.1)

где радиус цементного кольца вокруг скважины и радиус оттаивания мерзлых пород, считая от оси скважины, м; безразмерный параметр, определяемый по номограмме на рис. 4.8 в зависимости от безразмерных параметров

(4.2) (4.3) (4.4)

где коэффициент теплопроводности породы вокруг скважины в талом и мерзлом состоянии, Вт/м.⁰С; температура, соответственно, флюида, оттаивания породы, начальная температура породы, ⁰С; время работы скважины, ч; внутреннее термическое сопротивление между флюидом и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны труб, вычисляемое по формуле (4.5), м^{2 0}С/Вт; удельная теплота, поглощаемая при оттаивании мерзлой породы, определяемая по формуле (4.6), Вт.ч/м³.

Рис. 4.8 Номограмма для расчета радиуса оттаивания мерзлой породы вокруг скважины.

(4.5)

где коэффициент конвективного теплообмена между флюидом и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны труб, принимается для нефти равным 116 Вт/(м^{2 0C}), для газа – 25 Вт/(м^{2 0C}); коэффициент теплопроводности цементного кольца, Вт/(м.⁰С); внутренний радиус труб эксплуатационной колонны, м. При наличии теплоизоляции вокруг лифтовой трубы и конвективной щели между эксплуатационной колонной и внешней поверхностью кольцевой изоляции (рис. 4.9) формула (4.5) переписывается:

(4.5)¹

где радиус лифтовой трубы и внешний радиус кольцевой теплоизоляции вокруг лифтовой трубы, м; теплопроводность теплоизоляции, Вт/(м.⁰С); эффективный коэффициент теплопроводности при замене конвективной теплопередачи на кондуктивную, принимается равным 0.75 Вт/(м.⁰С).

(4.6)

где удельная теплота таяния льда, 94.8 Вт.ч/кг; плотность породы в мерзлом состоянии, кг/м³; суммарная влажность породы и количество в ней незамерзшей воды, д.е.; С – поправка на теплоемкость породы, вычисляется по формуле (4.7).

(4.7)

где теплоемкость породы в талом и мерзлом состоянии, Вт.ч/(м^{3 0}С).

Расчет времени обратного промерзания оттаявшей вокруг скважины мерзлой породы производится по формуле:

, (4.8)

где .

Механическое взаимодействие.

Расчет суммарной осадки породы, оттаявшей вокруг скважины вычисляется по формуле:

(4.9)

где относительная просадка i-го слоя породы в д.е., зависит от льдосодержания и определяется по табл. 1.16; мощность i-го слоя, м; число слоев в пределах всей мерзлой толщи.

Расчет объема провала возле скважины, обусловленного оттаиванием мерзлой породы, определяется по формуле:

(4.10)

Расчет глубины воронки. В результате оттаивания мерзлой породы вокруг скважины образуется конусообразная воронка с радиусом у дневной поверхности, равным радиусу оттаивания первого от поверхности слоя, и глубиной (в м), вычисляемой по формуле:

(4.11)

Расчет наружных зазоров-провалов в м за цементным кольцом вычисляют по формуле:

(4.12)

где радиус оттаивания породы и радиус зазоров-провалов в i-ом слое, м.

Ключевые слова: классификация скважин, конструкция, направления, способы обеспечения устойчивости направлений.

Контрольные вопросы.

1. Как классифицируются скважины?

2. Из каких колонн труб состоит эксплуатационная скважина?

3. Как осуществляется вскрытие продуктового пласта?

4. Какие существуют способы подъема флюида на поверхность?

5. Чем опасна остановка скважины в криолитозоне?

6. Что понимается под направлением?

7. Как обеспечивается устойчивость направлений скважин?

8. Что представляет собой аккумулятор холода и для чего он служит?

Литература

Арбузов В.Н. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин:, 2011.

Муравьев И.М. Технология и техника добычи нефти и газа: - М. Изд-во, 1971.

СТО Газпром 2-3.1-233-2008 Методика проведения геокриологических исследований при разведке и разработке месторождений: - М. Изд-во «Газпром», 2008. 116 с.

Хрусталев Л.Н. Основы геотехники в криолитозоне: Учебник. – М. Изд-во МГУ, 2005. 544 с.

Дата добавления: 2015-07-13