Методы расчета дебитов скважин и забойных давлений добывающей газовой скважины

Статический и динамический уровень воды в скважине

Если вы собираетесь бурить скважину для воды, необходимо будет ознакомиться с такими важными понятиями, как статический/динамический уровень воды в скважине. Лучше понять, что же это такое, поможет простая схема.

Что такое статический уровень воды?

Статическим уровнем воды скважины называется отметка уровня воды, которая устанавливается в пробуренном отверстии после простоя воды без откачивания на протяжении примерно шестидесяти-девяносто минут. Физическая сущность этого явления состоит в том, что величина давления, которое образуется благодаря водному столбу, находящемуся посередине скважинного отверстия, уравновешивается с другой стороны пластовым давлением всего слоя подземной воды, к которому ведёт скважина. В тот момент, когда эти два показателя давления уравновешивают друг друга, столб воды в скважине останавливается и перестаёт подниматься. Именно такой показатель называют статическим.

Что обозначает динамический уровень воды скважины?

Динамический уровень, в отличие от предыдущего понятия, устанавливается в результате максимального забора воды из скважины. Этот показатель зависит от мощности и работоспособности насоса. Динамический уровень устанавливается после откачивания, производящегося до момента, когда уравниваются объёмы приточной и отточной воды.

В таком случае говорят, что дебит скважинной воды соответствует производительности включённого насоса. Показатель динамического уровня воды скважины может меняться в зависимости от уменьшения либо увеличения потребления. Таким образом, эту величину определяют опытным путём, после чего фиксируют их в документе на скважину. Для определения динамического уровня воды скважины при отсутствии нужных записей скважинного паспорта, не обязательно обращаться к специалистам.

Как определить скважинный уровень воды?

После того, как владелец новопробуренной скважины получил представление о том, что такое динамический/статический уровень воды скважины, он имеет возможность определить динамический параметр уровня скважинной воды лично, пользуясь простой техникой:

• на первом этапе необходимо постоянно откачивать воду из скважины, если её уровень опускается, следует опустить высасывающий шланг насоса так, чтобы он постоянно находился под водой и не работал вхолостую;
• на втором этапе откачка продолжается;
• указанные действия должны осуществляться до тех пор, пока уровень воды не перестанет уменьшаться.

Полученный показатель и будет динамическим уровнем. Его нужно использовать, чтобы грамотно разместить насос внутри скважины: он должен находиться не ниже определённого опытным путём уровня.

Чтобы узнать уровень статический, нужно наоборот прекратить откачивание и оставить насос на час и более. Таким образом вы дадите уровню воды вертикальной скважины уравновеситься водяным пластовым давлением.

Как определить зеркало воды скважины?

Зеркалом воды либо уровнем зеркала воды скважины называют расстояние от верхней границы гидросооружения до поверхности воды в скважине. Это зависит от метода выполняемого бурения. Если был выбран сухой способ бурения, достижение буром зеркала воды будет заметно, так как при этом нагрузка сразу заметно уменьшается. Это происходит потому, что изменяется среда в которой происходит бурение.

При гидробурении водная среда характерна на протяжении всей процедуры бурения, поэтому определить уровень нахождения зеркала в таком случае сложнее. Тогда нужно определять уровень зеркала воды уже после пробуривания, при этом делать это рекомендуется также для сухого бурения, ведь уровень воды мог подняться.

Для определения зеркала достаточно опускать в скважину верёвку с грузиком до момента достижения им водной глади, если глубина значительная, следует воспользоваться скважинным уровнеметром. Однако следует помнить, что для артезианского (глубинного) бурения зеркало воды может отсутствовать. В таком случае вода не просто поднимается вверх до начала скважины, но даже бьёт фонтаном. Естественно, в этом случае вопрос о том, как проверить уровень воды скважины, не стоит.

О том, какой столб воды должен быть у скважины, нет однозначного ответа. Причина кроется в том, что каждая скважина индивидуальна по своим характеристикам, ведь уровень залегания вод также отличается: если скважина артезианская, уровень имеет одно значение, если вода будет найдена выше, столб воды окажется с совершенно другими показателями.

Приток к совершенной скважине. Формула Дюпюи. Коэффициент продуктивности. Индикаторные диаграммы, их построение и применение

Совершенная скважина вскрывает пласт на всю его мощность и при этом вся поверхность скважины является фильтрующей.

Установившийся одномерный поток жидкости или газа реализуется в том случае, когда давление и скорость фильтрации не изменяются во времени, а являются функциями только одной координаты, взятой вдоль линии тока.

Плоскопараллельное течение имеет место в прямоугольном горизонтальном пласте длиной L с постоянной мощностью h. Жидкость движется фронтом от прямолинейного контура питания с давлением ркк галерее скважин (скважины расположены на одной прямой праллельной контуру питания в виде цепочки на одинаковом расстоянии друг от друга) шириной (длиной галереи)Вс одинаковым давлением на забоях скважинрг(рис. 4). При такой постановке задачи площадь фильтрации будет постоянной и равнаS=Bh, а векторы скорости фильтрации параллельны между собой.

Плоскорадиальный потоквозможен только к гидродинамически совершенной скважине радиусом rс. которая вскрыла пласт мощностьюhс круговым контуром питания радиусомRк. а давления на скважине и контуре питания равнырсирксоответственно.

Формулу называют формулой Дюпюи . По ней определяется объемный дебит одиночной скважины в пластовых условиях.При подъеме нефти в скважине происходит ее разгазирование и, вследствие этого, уменьшение объёма. Это уменьшение учитывается введением объёмного коэффициента нефти. Кроме того, на практике чаще всего используется массовый дебит (т/сут.) С учётом этого коэффициента формула записывается

где k-коэффициент проницаемости, дарси; h — мощность пласта, см; Рк и Рс — давление на контуре питания и в скважине, ат; Rк и Rс — радиусы контура питания и скважины, см; μ — вязкость жидкости, сантипуазы; Qr — дебит скважины, см3/сек. Ф. Д. широко применяется в нефтепромысловом деле.

продуктивность — этокоэффициент, характеризующий возможности пласта по флюидоотдаче.

По определению коэффициент продуктивности — это отношение дебита скважины к депрессии: где — коэффициент продуктивности [м³/(сут*МПа)], — дебит скважины [м³/сут], — депрессия , — пластовое давление (на контуре питания) замеряется в остановленной скважине , — забойное давление (на стенке скважины) замеряется в работающей скважине .

Продуктивность по нефти

Коэффициент продуктивности определяется по результатам гидродинамических исследований и эксплуатации скважин.

Используя замеры на квазистационарных режимах (установившихся отборах), получают индикаторные диаграммы (ИД), представляющие собой зависимость дебита от депрессии или забойного давления. По наклону индикаторной линии определяют фактическую продуктивность нефтяной скважины.

Продуктивность по газу

Зависимость дебита газовых скважин от депрессии существенно нелинейна вследствие значительной сжимаемости газа. Поэтому при газодинамических исследованиях вместо коэффициента продуктивности определяют фильтрационные коэффициенты и по квадратичному уравнению:

При малых депрессиях приблизительно коэффициент продуктивности по газу связан с фильтрационным коэффициентом соотношением:

Индикаторная диаграмма — для различных поршневых механизмов графическая зависимость давления в цилиндре от хода поршня (или в зависимости от объёма, занимаемого газом или жидкостью в цилиндре). Индикаторные диаграммы строятся при исследовании работы поршневых насосов, двигателей внутреннего сгорания, паровых машин и других механизмов.

Способы повышения производительности

Периодически возможно проведение так называемой механической регулировки дебита нефти в скважине. Она проводится с помощью повышения забойного давления, которое приводит к снижению уровня добычи и показывает фактические возможности каждого нефтеносного участка месторождения.

При помощи различных растворов, содержащих в себе  кислотные жидкости, производят очистку породы от образовавшихся в процессе бурения и эксплуатации  отложений смол, солей и прочих химических веществ, которые  мешают качественной и эффективной разработке продуктивного пласта.

Сначала кислотную жидкость заливают  в ствол до тех пор, пока она не заполнит  площадь перед разрабатываемым пластом. Затем закрывают задвижку,  и под давлением этот раствор проходит дальше вглубь. Остатки этого раствора вымывают либо  нефтью, либо водой после возобновления  добычи углеводородного сырья.

Стоит сказать, что естественное снижение производительности нефтяных месторождений находится на уровне от 10 до 20 процентов в год, если считать от первоначальных значений этого показателя, полученных на момент  запуска добычи. Описанные выше технологии позволяют увеличить  интенсивность нефтедобычи на месторождении.

Список используемой литературы:

• Нефть и Нефтепродукты – Википедия
• Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
• Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
• Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
• Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.
• Эрих В.Н. Химия нефти и газа. — Л.: Химия, 1966. — 280 с. — 15 000 экз.

Динамика, статика и высота столба воды

Значение этих терминов нужно изучить, чтобы понять, как определить дебит скважины. Это основные показатели эффективности скважины в процессе водоснабжения. Измерить их до того, как рассчитать дебит скважины. На основании полученных данных определяется мощность насосного оборудования.

Под статическим уровнем понимают глубину шурфа, заполненного водой, при условии, что забор жидкости не производится. Чтобы определить его, нужно обеспечить простой источника в период не менее 60 минут. Динамическим уровнем именуется величина глубину водяного столба, который установится, если забор жидкости будет равным притоку. Величина необходима для расчета дебита скважины.

А под высотой водяного столба предполагают расстояние от дна до отметки статического уровня. При измерении есть одна особенность. Этот параметр определяется от дна, в то время, как остальные – от нулевой отметки (от поверхности земли). А чтобы лучше понять, что такое дебит скважин, нужно рассмотреть принцип проведения расчетов и разобраться в особых требованиях к процедуре.

Определение производительности насоса

При расчете дебита понадобится еще один показатель, участвующий в расчетной формуле,- производительность (Р) откачивающего насоса для скважины. Узнают величину из паспорта помпы или маркировки, нанесенной на шильдике – закрепленной на корпусе прибора металлической бирке.

Если информацию обнаружить не удалось, пользуются расходомером, счетчиком или определяют расход при помощи мерного сосуда и секундомера.

Расчет производительности скважины.

Порядок проведения измерений:

• взять канистру установленной емкости, например, 20 л;
• запустить насос на воде, находящейся в скважине;
• направить струю из шланга в емкость и отметить время секундомером;
• определить период наполнения канистры по отметке хронометра.

Если помпа закачала контейнер за 50 секунд, то ее производительность составляет 20/50=0,4 л/с. Тогда часовой расход в кубометрах получится 0,4*3600/1000=1,44 м³/ч.

Упрощенный расчет

Для определения дебита подземной выработки пользуются формулой Д=Р/(Ндн-Нст)*Нв. Значения показателей расшифрованы выше.

В качестве примера рассматривается ситуация, характеризующаяся обстоятельствами:

• глубина скважины – 30 м, столб воды в ней Нв=10 м;
• статический уровень Нст=20;
• динамический урез Ндн=23 м;
• производительность откачивающего насоса может посчитаться согласно предыдущему примеру: Р=1,44 м³/ч.

В формулу подставляются значения показателей. Д=1,44/(23-20)*10=4,8 м³/ч. Точность представленного расчета обеспечивает возможность выбора подходящего для скважины насоса.

Удельный дебит

Когда на скважину ставят насос мощнее, динамический уровень падает, а с увеличением его абсолютного значения фактический дебит снижается. Более объективную оценку водозабору дает удельный расход, который характеризуется объемом откачанной воды при понижении уровня на 1 м ствола. Для вычисления показателя проводят повторное определение динамического уровня при иной производительности насоса.

Формула удельного дебита имеет вид Дуд=(Р2-Р1)/(h2-h1), где:

• Р1, Р2 – интенсивность первой и второй откачек, м³/ч;
• (h2-h1) – разница снижений уреза воды после каждой из процедур.

В продолжение предыдущего примера: насос 2 имеет ресурс 2,5 м³/ч. Динамический уровень с 23 возрос до 26 м. В таких условиях удельный дебит Дуд=(2,5-1,44)/(26-23)=0,38 м³/ч – на эту величину увеличится отдача скважины, если Ндн возрастет на 1 м.

При среднем дебите водозаборных выработок на дачных участках 2,0 м³/ч, увеличение расхода на 0,38 вызовет понижение зеркала на 1 м. Исходя из этого, скважинный насос опускают ниже динамического уровня не меньше чем на 100 см.

Реальный дебит

Главное требование – отметка, на которой установлен насос, должна быть выше, чем аналогичный показатель для фильтровального пласта. Необходимо измерить, как глубоко от земли находится фильтровальная зона. При этом в формулу Дюпри включен показатель удельного дебита, который рассчитывается, как указано выше.

Кроме того, нужно знать величину статического уровня. Если эти данные имеются, то для расчета нужно высчитать разницу между ним и глубиной фильтрационной зоны, а полученную величину умножить на удельный дебит. В качестве примера можно использовать данные из предыдущего раздела.

В этом случае чтобы получить реальные значения дебита нужно сделать следующее:

Этот способ измерения дает более точные результаты, чем упрощенный. Однако он более трудоемкий, и не всегда применим. Нужен второй насос, которого под рукой можеть просто не оказаться. По-другому невозможно измерить удельные показатели, а значит, этот способ применить уже нельзя.

Важные моменты и полезные советы в обустройстве скважины

В заключение хотелось бы привести в пример некоторые моменты обустройства, на которые необходимо обратить внимание. Такие системы необходимо устанавливать при большом количестве потребляемой воды за 1 час, а также при слабой наполняемости скважины. Такие системы необходимо устанавливать при большом количестве потребляемой воды за 1 час, а также при слабой наполняемости скважины

Такие системы необходимо устанавливать при большом количестве потребляемой воды за 1 час, а также при слабой наполняемости скважины.

Выбирая насос, необходимо учитывать его мощность

Здесь важно определить для себя не только количество потребляемых киловатт в час, но и понять, что расстояние от насоса до активного оборудования в части выбора места установки гидроаккумулятора и реле давления должно быть учтено. То есть, считайте длину шланга, на которую насос может подавать воду без потери давления с учетом его нижней точки до места установки гидроаккумулятора. Устанавливайте обратный клапан

Этот узел позволит воде не сливаться обратно, а, напротив, задерживаться в трубе. Обратный клапан устанавливается в насос и опускается вместе с ним в скважину. Насос должен быть подвешен на металлическом тросе и ни в коем случае не висеть на шланге (о правилах установки скважинного насоса мы более подробно рассказываем в отдельном материале)

Устанавливайте обратный клапан. Этот узел позволит воде не сливаться обратно, а, напротив, задерживаться в трубе. Обратный клапан устанавливается в насос и опускается вместе с ним в скважину. Насос должен быть подвешен на металлическом тросе и ни в коем случае не висеть на шланге (о правилах установки скважинного насоса мы более подробно рассказываем в отдельном материале).

Чтобы исключить загрязнение, что в последующем может привести к уменьшению выхода воды на поверхность, рекомендуется устанавливать оголовок.

Принцип повышения дебита скважины при его падении, путем установки оголовка:

Рекомендуют производить монтаж гидроаккумулятора и прочих услуг автоматики в котельной, где уровень влажности ниже, что продлит срок службы электромеханических узлов системы.

Рекомендуется не экономить на емкости гидроаккумулятора. Стоит помнить, что только половина его емкости будет заполнена водой, поскольку вторая половина содержит в себе сжатый воздух. Гидроаккумулятор емкостью на 100 литров содержит не более 50 литров. Чем больше емкость, тем реже будет включаться насос, что в конечном счете продлит срок его эксплуатации. Это также даст больше времени на наполнение скважины.

Обязательно оборудуйте приямок глубиной не менее 2 м. На выходе трубы утепляйте ее, а также располагайте саму трубу из приямка в котельную дома на большем уровне, чем глубина промерзания грунта в вашем регионе. Считается, что для ЦФО труба должна быть зарыта не менее, чем на глубину 1,6 метра.

Определения дебита

После бурения, проводившая работу организация предоставляет протокол испытания, либо паспорт на скважину, в который вносится все необходимые параметры. Однако, при бурении для домохозяйств, подрядчики часто вносят в паспорт приблизительные значение.

Перепроверить достоверность информации или рассчитать дебит вашей скважины можно своими руками.

Однако, абсолютно точно рассчитать продуктивность источника сложно. Расчет показателей требует времени и спецоборудования. Но, полученного результата будет достаточно для понимания возможностей вашего источника.

Динамика, статика и высота столба воды

Прежде чем приступить к измерениям, нужно понять, что такое статический и динамический уровень воды в скважине, а также высота столба воды в скважинной колонне. Замер данных параметров необходим не только для расчета производительности скважины, но и для правильного выбора насосного агрегата для системы водоснабжения.

• Статический уровень – это высота водяного столба при отсутствии водозабора. Зависит от внутрипластового давления и устанавливается во время простоя (как правило не менее часа);
• Динамический уровень – установившейся уровень воды во время водозабора, то есть когда приток жидкости равняется оттоку;
• Высота столба – разница между глубиной скважины и статическим уровнем.

Произвести измерение можно с помощью:

• Электроуровнемера;
• Электрода, замыкающего контакт при взаимодействии с водой;
• Обычного грузика, подвязанного к веревке.

Замер с помощью сигнализирующего электрода

Определение производительности насоса

При расчете дебита необходимо знать производительность насоса во время откачки. Для этого можно воспользоваться следующими способами:

• Посмотреть данные расходомера или счетчика;
• Ознакомиться с паспортом на насос и узнать производительность по рабочей точке;
• Посчитать приблизительной расход по напору воды.

В последнем случае, необходимо на выходе водоподъемной трубы закрепить в горизонтальном положении трубу меньшего диаметра. И произвести следующие замеры:

• Длину трубы (мин 1,5 м.) и ее диаметр;
• Высоту от земли до центра трубы;
• Длину выброса струи от конца трубы до точки падения на землю.

После получения данных необходимо сопоставить их по диаграмме.

Сопоставьте данные по аналогии с примером

Упрощенный расчет

Дебит скважины – это отношение произведения интенсивности водооткачки и высоты водяного столба к разности между динамическим и статическим водными уровнями. Для определения дебита скважины определения  используется формула:

Dт =(V/(Hдин-Нст))*Hв , где

• Dт –искомый дебит;
• V – объем откачиваемой жидкости;
• Hдин – динамический уровень;
• Hст – статический уровень;
• Нв – высота столба воды.

Например, мы имеем скважину глубиной 60 метров; статика которой составляет 40 метров; динамический уровень при работе насоса производительностью 3 куб.м/час установился на отметке 47 метров.

Итого, дебит составит: Dт = (3/(47-40))*20= 8,57 куб.м/час.

Удельный дебит

С увеличением производительности насоса, динамический уровень, а соответственно и фактический дебит снижается.  Поэтому более точно водозабор характеризует коэффициент продуктивности и удельный дебит.

Для вычисления последнего следует произвести не один, а два замера динамического уровня при разных показателях интенсивности водозабора.

Формула определяет его как отношение разности большего и меньшего значений интенсивности водозабора к разности между величинами падения водного столба.

Dуд=(V2-V1)/(h2-h1), где

• Dуд – удельный дебит
• V2 – объем откачиваемой воды при втором водозаборе
• V1 – первичный откачиваемый объем
• h2 – снижение уровня воды при втором водозаборе
• h1 – снижение уровня при первом водозаборе

Возвращаясь к нашей условной скважине: при водозаборе с интенсивностью 3 куб.м/час, разница между динамикой и статикой составила 7 м.; при повторном замере с производительностью насоса в 6 куб.м/час разница составила 15 м.

Итого, удельный дебит составит: Dуд =(6-3)/(15-7)= 0,375 куб.м/час

Реальный дебит

Расчет строится на основании удельного показателя и расстоянии от поверхности земли до верхней точки фильтровальной зоны, учитывая условие, что насосный агрегат не будет погружен ниже. Данный расчет максимально соответствует реальности.

Dт = (Hф-Hст)*Dуд, где

• Dт –дебит скважины;
• Hф – расстояние до начала фильтровальной зоны (в нашем случае примем за 57 м.);
• Hст – статический уровень;
• Dуд – удельный дебит.

Итого, реальный дебит составит: Dт =(57-40)*0,375= 6,375 куб.м/час.

Как видно, в случае с нашей воображаемой скважиной, разница между упрощенным и последующем измерением составила почти 2,2 куб.м/час в сторону уменьшения производительности.

Меры безопасности при глушении скважин.

6.1. Глушение скважины может быть начато только после оформления двухстороннего акта о приеме скважины в ремонт (мастер бригады КРС и представитель ПДНГ, ЦППД).

            6.2. Глушение скважины производится по заданию мастера КРС. Проведение глушения скважины без плана ЗАПРЕЩАЕТСЯ.

6.3. Глушение скважин производится, как правило, в светлое время суток. В особых случаях глушение может быть произведено в ночное время при обеспечении освещенности скважины не менее 26 люк.

6.4. Площадка размером 40х40 м, на которой устанавливаются агрегаты, должна быть освобождена от посторонних предметов, зимой от снега.

            6.5. Перед глушением необходимо проверить: исправность всех задвижек и фланцевых соединений на устьевом оборудовании; наличие протока жидкости по выкидной линии от скважины до замерной установки и при его отсутствии работы на скважине прекратить до выяснения и устранения причин.

6.6. Промывочный агрегат и автоцистерны следует располагать с наветренной стороны на расстоянии не менее 10 м от устья скважины. При этом кабина агрегата и автоцистерн должны быть обращены в сторону противоположную от устья скважины, выхлопные трубы агрегата и автоцистерн должны быть оборудованы искрогасителями, расстояние между ними должно быть не менее 1.5 м.

Промывочный агрегат, кроме того, должен быть оборудован предохранительным и обратным клапанами.

6.7. В процессе глушения скважина ЗАПРЕЩАЕТСЯ крепление каких-либо узлов агрегата или обвязки устья скважины и трубопроводов. Должен быть обеспечен постоянный контроль: за показаниями манометров, за линией обвязки, за местонахождением людей. Манометры должны быть установлены на прокачивающем агрегате и выкидной линии скважины.

6.8. При глушении скважин давление прокачки жидкости глушения не должно превышать давления опрессовки эксплуатационной колонны данной скважины.

6.9. Разборку промывочной линии следует начинать только после снижения давления в линии нагнетания до атмосферного. При этом задвижка на фонтанной арматуре со стороны скважины должна быть закрыта.

6.10. После окончания работ по глушению скважины задвижки должны быть закрыты, территория вокруг скважины очищена, заглушенная скважина должна находиться в ожидании ремонта не более 36 часов.

При более длительном простое скважины в ожидании ремонта, скважина должна быть заглушена повторно до начала ремонтных работ.

6.11. После окончания всех работ по глушению скважины составляется “Акт на глушение скважины”.

В акте на глушение скважины должно быть указано:

-дата глушения скважины;

-удельный вес жидкости глушения;

-объем жидкости глушения по циклам;

-время начала и окончания циклов глушения;

-начальное и конечное давление прокачки жидкости глушения.

6.12. “Акт на глушение скважины” подписывается (с указанием удельного веса и объема жидкости глушения), лицом производившим глушение скважины, мастером бригады КРС и машинистом агрегата.

            Ответственность за выполнение требований инструкции.

7.1. За подготовку территории куста и скважины к глушению скважины отвечает мастер ЦДНГ, ЦППД.

7.2. За достоверность данных по текущему пластовому давлению, на момент глушения скважины, отвечает геологическая служба ЦДНГ, ЦППД.

7.3. За соответствие удельного веса жидкости глушения расчетной величине – указанной в плане-задании на глушение скважины, выполнение всего комплекса работ по подготовке скважины к глушению, соблюдение технологии глушения скважины и мер безопасности при глушении скважины отвечает мастер бригады КРС.

Приложение 1

Р А С Х О Д

материалов необходимых для приготовления одного кубометра жидкости глушения  соответствующей плотности.

Жидкость для приготовления раствора – сеноманская вода плотностью 1.01 г/см3.

Приложение 2.

О Б Ъ Е М

кольцевого пространства в зависимости

отдиаметраэксплуатационных колонн

и НКТ спущенных в скважину.