Skip to content
Brent$117,6Газ TTF$1 192USD453,87 ₸
MunaiHub

Формулы: Заканчивание скважин

Формулы уроков темы «Заканчивание скважин» раздела «Добыча нефти и газа» с условиями применимости и единицами, а также обозначения: что означает каждый символ в этих уроках.

Плотность жидкости глушения
ρгл=kз pˉRg h\rho_{\text{гл}} = \frac{k_{\text{з}}\,\bar p_R}{g\,h}

СИ

Справедливо, если: скважина заполнена однородной жидкостью от забоя до устья, устье открыто; пластовое давление — текущее, по последним замерам; слишком большой запас вреден: чем выше репрессия, тем больше жидкости уйдёт в пласт.

Заканчивание скважины: вскрытие пласта и лифтовая колонна →
Сила давления на уплотнительный узел в пакере
ΔFп=(Aп−Aвн)Δpв−(Aп−Aн)Δpн\Delta F_{\text{п}} = \left(A_{\text{п}} - A_{\text{вн}}\right)\Delta p_{\text{в}} - \left(A_{\text{п}} - A_{\text{н}}\right)\Delta p_{\text{н}}

любые согласованные: МПа и мм² дают ньютоны, psi и квадратные дюймы — фунты-силы (lbf)

Справедливо, если: трубы открыты в пласт: давление в НКТ у пакера равно давлению под пакером; площади считают по диаметру уплотнений, а не по муфтам; если канал пакера уже наружного диаметра труб, Aп−Aн<0A_{\text{п}} - A_{\text{н}} < 0, и давление в затрубье тоже толкает трубы вверх.

Оборудование лифтовой колонны →
Раздувание: сила, которая удержала бы трубы от изменения длины
Fб=2ν(Δpˉв Aвн−Δpˉн Aн)F_{\text{б}} = 2\nu\left(\Delta\bar p_{\text{в}}\,A_{\text{вн}} - \Delta\bar p_{\text{н}}\,A_{\text{н}}\right)

любые согласованные (как в предыдущей формуле)

Справедливо, если: упругая деформация труб одной толщины стенки; при одинаковой плотности жидкостей и без трения изменение давления одинаково по всей длине и равно изменению на устье.

Оборудование лифтовой колонны →
Температура: сила при закреплённых трубах и удлинение свободных
Fт=E α As (−ΔTˉ),ΔLт=α L ΔTˉF_{\text{т}} = E\,\alpha\,A_s\,\left(-\Delta\bar T\right), \qquad \Delta L_{\text{т}} = \alpha\,L\,\Delta\bar T

МПа, мм² и °C дают силу в ньютонах; длины — в метрах

Справедливо, если: упругая сталь, трубы одного размера; нагрев (ΔTˉ>0\Delta\bar T > 0) удлиняет свободные трубы и сжимает закреплённые.

Оборудование лифтовой колонны →
Свободные и закреплённые уплотнения
ΔL=(ΔFп+Fб+Fт)LE As\Delta L = \frac{\left(\Delta F_{\text{п}} + F_{\text{б}} + F_{\text{т}}\right)L}{E\,A_s}

СИ (силы в ньютонах, EE в паскалях, AsA_s в квадратных метрах); удобно EE в МПа и AsA_s в мм² — их произведение тоже в ньютонах

Справедливо, если: вертикальные трубы одного размера, трение уплотнений не учтено; спиральный изгиб свободных труб добавляют отдельно (дополнительный раздел).

Оборудование лифтовой колонны →
Давление в линии управления и предельная глубина клапана-отсекателя
pу≥pв(H)+pоткр−ρу g H,Hmax⁡=pзакрρу gp_{\text{у}} \ge p_{\text{в}}(H) + p_{\text{откр}} - \rho_{\text{у}}\,g\,H, \qquad H_{\max} = \frac{p_{\text{закр}}}{\rho_{\text{у}}\,g}

СИ (давления в паскалях, ρу\rho_{\text{у}} в кг/м³, HH в метрах)

Справедливо, если: клапан с поршнем, на который снизу действует давление в НКТ, а сверху — давление линии; трение и площади учтены в паспортных давлениях открытия и закрытия; Hmax⁡H_{\max} — без запаса: при сброшенной линии и нулевом давлении в НКТ столб жидкости в линии не должен превышать давления закрытия; изготовитель и проект добавляют запас; для больших глубин применяют клапаны с компенсационной линией или газовой камерой, на которые столб жидкости в линии почти не влияет.

Оборудование лифтовой колонны →
Укорочение свободных НКТ при спиральном изгибе
Fф=Aп (pв−pн),n=Fфw,ΔLи=r2Fф28 E I wF_{\text{ф}} = A_{\text{п}}\,(p_{\text{в}} - p_{\text{н}}), \qquad n = \frac{F_{\text{ф}}}{w}, \qquad \Delta L_{\text{и}} = \frac{r^2 F_{\text{ф}}^2}{8\,E\,I\,w}

СИ

Справедливо, если: вертикальная скважина, трубы одного размера, уплотнения свободны, трения о колонну нет; формула верна, пока n≤Ln \le L; если изогнута вся колонна, нужна другая формула; при закреплённых трубах фиктивную силу уменьшает растяжение, которое передаёт пакер, и изгиба может не быть.

Оборудование лифтовой колонны →
Дебиты пластов при общем забойном давлении
qi=Ji (pˉR,i−pwf),pwf=∑iJi pˉR,i−q∑iJi,q=∑iqiq_i = J_i\,(\bar p_{R,i} - p_{wf}),\qquad p_{wf} = \frac{\sum_i J_i\,\bar p_{R,i} - q}{\sum_i J_i},\qquad q = \sum_i q_i

метрические промысловые (подойдёт любая согласованная система)

Справедливо, если: приток каждого пласта линейный: однофазный, выше давления насыщения (Индикаторная кривая притока); при двухфазном притоке вместо прямых берут индикаторные кривые пластов и общее давление находят численно; давления приведены к одной глубине: pˉR,i=pi−ρg (zi−z0)\bar p_{R,i} = p_i - \rho g\,(z_i - z_0), где pip_i — давление на глубине пласта ziz_i, z0z_0 — глубина отсчёта, ρ\rho — плотность флюида в колонне между ними; потери давления в стволе между пластами малы; продуктивности за время расчёта не меняются.

Одновременно-раздельная эксплуатация пластов →
Давление в остановленной скважине и переток через ствол
pws=∑iJi pˉR,i∑iJi,qx=∑pˉR,i<pwsJi (pws−pˉR,i)p_{ws} = \frac{\sum_i J_i\,\bar p_{R,i}}{\sum_i J_i},\qquad q_x = \sum_{\bar p_{R,i} < p_{ws}} J_i\,(p_{ws} - \bar p_{R,i})

метрические промысловые

Справедливо, если: скважина закрыта на устье, но пласты сообщаются через ствол; приёмистость пласта, принимающего переток, считают равной его продуктивности; если в него уходит вода или газ, вязкость которых иная, иной будет и приёмистость; оценка по продуктивностям при неизменных средних давлениях пластов: в первые часы после остановки, пока восстанавливается давление у ствола, переток иной, а при долгой остановке давления пластов сближаются, и переток затухает.

Одновременно-раздельная эксплуатация пластов →
Доля пласта в смеси по свойству-метке
f1=Cсм−C2C1−C2,δf≈δC∣C1−C2∣f_1 = \frac{C_{\text{см}} - C_2}{C_1 - C_2},\qquad \delta f \approx \frac{\delta C}{\lvert C_1 - C_2\rvert}

любые, одинаковые для всех трёх значений свойства

Справедливо, если: два пласта; свойство смешивается линейно; пробы нефти пластов представительны и с тех пор не изменились; погрешность доли учитывает только погрешность пробы смеси; погрешности проб пластов добавляют к ней.

Одновременно-раздельная эксплуатация пластов →
Сила, с которой давление выталкивает линию из скважины
Fвыт=pwh Aл,Aл=πd24F_{\text{выт}} = p_{wh}\,A_{\text{л}}, \qquad A_{\text{л}} = \frac{\pi d^2}{4}

СИ; удобно давление в МПа и площадь в мм² — их произведение в ньютонах

Справедливо, если: над уплотнением атмосферное давление; трение в сальнике или головке со смазкой не входит — его покрывают запасом веса; сила не зависит от глубины сборки: она действует всё время, пока линия проходит через уплотнение, но важнее всего в начале спуска, когда в скважине ещё нет веса линии.

Канатные работы в скважине →
Показание индикатора веса при свободно висящей сборке
T=(Wи+w L)(1−ρжρст)−pwh AлT = \left(W_{\text{и}} + w\,L\right)\left(1 - \frac{\rho_{\text{ж}}}{\rho_{\text{ст}}}\right) - p_{wh}\,A_{\text{л}}

СИ; удобно Н, Н/м, м, МПа и мм²

Справедливо, если: вертикальный ствол, сборка неподвижна или движется равномерно; трение не учтено: при подъёме оно увеличивает показание, при спуске уменьшает, а в наклонном стволе может быть больше веса сборки; плотность жидкости одна по всему стволу; в газе множитель плавучести близок к единице; для кабеля множитель приближённый: кабель легче стали того же объёма.

Канатные работы в скважине →
Запас натяжения на инструменте
Fи=kдоп Fразр−TF_{\text{и}} = k_{\text{доп}}\,F_{\text{разр}} - T

СИ (любые одинаковые единицы силы)

Справедливо, если: нагрузка статическая: удары ясса создают кратковременные силы больше статических; натяжение наибольшее у устья, где линия несёт и себя, и сборку, — поэтому перетянутая проволока рвётся обычно у устья, и в трубы падает почти вся линия.

Канатные работы в скважине →
Удлинение линии при изменении натяжения и нагреве
ΔL=ΔF LE Aл+α L ΔTˉ\Delta L = \frac{\Delta F\,L}{E\,A_{\text{л}}} + \alpha\,L\,\Delta\bar T

СИ

Справедливо, если: сплошная проволока, вертикальный ствол; у каната и кабеля удлинение под нагрузкой больше, его берут по паспорту; паспортные коэффициенты растяжения проволоки тоже несколько больше расчёта по модулю стали; ΔF\Delta F одинаково по всей длине LL — так бывает, когда инструмент или линия зажаты и их тянут с устья; трение по стволу его уменьшает с глубиной; влияние давления на удлинение не учтено.

Канатные работы в скважине →
Продуктивность горизонтальной скважины (стандартная модель с поправкой на анизотропию)
J=qpe−pw=2πkhhμB RR=ln⁡a+a2−(L/2)2L/2+IhL[ln⁡Ihrw(I+1)+S]a=L20,5+0,25+(2rehL)4,I=khkv\begin{gathered} J = \frac{q}{p_e - p_w} = \frac{2\pi k_h h}{\mu B\,R}\\ R = \ln\frac{a + \sqrt{a^2 - (L/2)^2}}{L/2} + \frac{I h}{L}\left[\ln\frac{I h}{r_w(I + 1)} + S\right]\\ a = \frac{L}{2}\sqrt{0{,}5 + \sqrt{0{,}25 + \left(\frac{2r_{eh}}{L}\right)^4}},\qquad I = \sqrt{\frac{k_h}{k_v}}\end{gathered}

СИ; ln⁡\ln — натуральный логарифм

Справедливо, если: установившийся приток при постоянном давлении на контуре круговой области, которую заменяет эллипс той же площади; однородный пласт, khk_h одинакова во всех горизонтальных направлениях; ствол посередине толщины, параллелен кровле; давление вдоль ствола одинаково (трения нет); однофазный поток; Ih<LI h < L и L/2<0,9 rehL/2 < 0{,}9\,r_{eh}; при нарушении — численные модели.

Горизонтальные скважины →
Эквивалентный скин и приведённый радиус горизонтальной скважины
Seq=R−ln⁡rehrw,rw′=rw e−Seq=reh e−RS_{eq} = R - \ln\frac{r_{eh}}{r_w},\qquad r_w' = r_w\,e^{-S_{eq}} = r_{eh}\,e^{-R}

безразмерные; радиусы в одних единицах

Справедливо, если: та же область дренирования и те же условия на контуре, что в модели продуктивности.

Горизонтальные скважины →
Приток и трение вдоль горизонтального ствола
 dq dx=JL (pe−p(x)),− dp dx=λ ρ v22d,v=qBπd2/4\frac{\dd q}{\dd x} = \frac{J}{L}\,\bigl(p_e - p(x)\bigr),\qquad -\frac{\dd p}{\dd x} = \lambda\,\frac{\rho\,v^2}{2d},\quad v = \frac{qB}{\pi d^2/4}

СИ

Справедливо, если: однофазная нефть; удельная продуктивность одинакова по длине — это недооценивает приток к концам ствола; трение — как в трубе без притока через стенку (приток через стенку немного меняет его); разгоном потока пренебрегают; система решается численно: задают депрессию у пятки и подбирают депрессию у носка так, чтобы давления сошлись.

Горизонтальные скважины →
Приток секции через устройство контроля притока
pe−p(x)=q′J/L+c q′2,ΔpУКП=c q′2≈ρ vn22Cd2p_e - p(x) = \frac{q'}{J/L} + c\,q'^2,\qquad \Delta p_{\text{УКП}} = c\,q'^2 \approx \frac{\rho\,v_n^2}{2C_d^2}

СИ

Справедливо, если: затрубье разделено пакерами на секции, и весь приток секции проходит через её устройство; одна фаза; перепад насадочных устройств почти не зависит от вязкости, канальных — зависит заметно; постоянную подбирают так, чтобы перепад на устройствах при проектном дебите был сопоставим с депрессией на пласт или больше неё.

Горизонтальные скважины →
Предельный безводный дебит гребня при вертикальном равновесии
qc=kh Δρ g [h2−(h−zw)2] LμB yeq_c = \frac{k_h\,\Delta\rho\,g\,\bigl[h^2 - (h - z_w)^2\bigr]\,L}{\mu B\,y_e}

СИ (любая согласованная система единиц)

Справедливо, если: вертикальное равновесие: нефть течёт к стволу горизонтально с обеих сторон через слой над гребнем; плоская задача — концы ствола не учтены; вода неподвижна, контакт остаётся на месте на расстоянии yey_e; изотропный пласт; у самого ствола допущение грубое, но на предельный дебит это почти не влияет: точные решения этой плоской задачи со свободной границей при ye≫hy_e \gg h практически совпадают с формулой. Аппроксимация, построенная по полю давления без учёта гребня (ниже), даёт в несколько раз больше.

Горизонтальные скважины →
Ствол, проходящий прямоугольный блок насквозь (псевдоустановившийся режим)
J=qpˉ−pw=2πkhhμB Rb,Rb=πye6L+IhL[ln⁡Ihπrw(I+1)sin⁡(πzw/h)+S]J = \frac{q}{\bar p - p_w} = \frac{2\pi k_h h}{\mu B\,R_b},\qquad R_b = \frac{\pi y_e}{6L} + \frac{I h}{L}\left[\ln\frac{I h}{\pi r_w(I + 1)\sin(\pi z_w/h)} + S\right]

СИ; ln⁡\ln — натуральный логарифм

Справедливо, если: замкнутый блок, псевдоустановившийся режим; ствол проходит его насквозь, поэтому течение плоское; ствол отстоит от боковых границ блока не меньше чем на IhI h — тогда приближение коэффициента формы точно до сотых; если ствол короче блока, добавляют псевдоскин неполного вскрытия блока; такие модели прямоугольного блока считают по программам.

Горизонтальные скважины →
Ответвления в одном пласте: установившийся приток (сложение участков)
2πkhh (pe−pw)μB=∑jqj Gij+qi IhΔ[ln⁡Ihrw(I+1)+S],Gij=1Δ∫Δjln⁡rehρij(s)  ds\frac{2\pi k_h h\,(p_e - p_w)}{\mu B} = \sum_j q_j\,G_{ij} + q_i\,\frac{I h}{\Delta}\left[\ln\frac{I h}{r_w(I + 1)} + S\right],\qquad G_{ij} = \frac{1}{\Delta}\int_{\Delta_j}\ln\frac{r_{eh}}{\rho_{ij}(s)}\,\dd s

СИ; ln⁡\ln — натуральный логарифм

Справедливо, если: уравнение пишут для середины каждого участка; все участки находятся под одним давлением pwp_w — трения в стволах нет; граница с постоянным давлением pep_e на расстоянии rehr_{eh} учтена приближённо, как в стандартной модели; для ответвлений, расходящихся из центра области под равными углами, точное решение для круга (метод отражений) даёт те же выигрыши с точностью до 0,5 %, хотя ответвления доходят до половины радиуса; схождение к стволу по вертикали у разных ответвлений не перекрывается: ответвления удалены друг от друга больше, чем на IhI h, кроме окрестности узла, где модель немного завышает выигрыш; поэтому кривая выигрыша начинается с 15°.

Многоствольные скважины →

Обозначения

СимволЗначение и где встречается
ΔL\Delta L
ΔF\Delta F
pˉ\bar p
δC, δf\delta C,\ \delta f
Δpв, Δpн\Delta p_{\text{в}},\ \Delta p_{\text{н}}
ΔLи\Delta L_{\text{и}}
ΔFп\Delta F_{\text{п}}
aa
  • большая полуось эллипса дренирования с фокусами на концах ствола и площадью круга радиусом rehr_{eh}, мГоризонтальные скважины
Aвн, AнA_{\text{вн}},\ A_{\text{н}}
AлA_{\text{л}}
Aл, dA_{\text{л}},\ d
AпA_{\text{п}}
AsA_s
cc
Cсм, C1, C2C_{\text{см}},\ C_1,\ C_2
EE
E AsE\,A_s
f1f_1
FбF_{\text{б}}
FвытF_{\text{выт}}
FиF_{\text{и}}
FразрF_{\text{разр}}
FтF_{\text{т}}
FфF_{\text{ф}}
gg
GijG_{ij}
hh
HH
h, rwh,\ r_w
II
I, h, rw, SI,\ h,\ r_w,\ S
JJ
JiJ_i
Ji, pˉR,iJ_i,\ \bar p_{R,i}
J/LJ/L
kдопk_{\text{доп}}
  • допустимая доля разрывного усилия; её задают правила компании с учётом изгиба на роликах, износа и ударов, —Канатные работы в скважине
kзk_{\text{з}}
kh, h, I, L, rw, S, μ, Bk_h,\ h,\ I,\ L,\ r_w,\ S,\ \mu,\ B
kh, Δρ, g, h, L, μ, Bk_h,\ \Delta\rho,\ g,\ h,\ L,\ \mu,\ B
  • горизонтальная проницаемость, разность плотностей воды и нефти, ускорение свободного падения, толщина нефти, длина ствола, вязкость и объёмный коэффициент, м², кг/м³, м/с², м, м, Па·с, м³/м³Горизонтальные скважины
kh, μ, Bk_h,\ \mu,\ B
kh, kvk_h,\ k_v
LL
L, ΔLтL,\ \Delta L_{\text{т}}
nn
pв, pнp_{\text{в}},\ p_{\text{н}}
pв(H)p_{\text{в}}(H)
pзакрp_{\text{закр}}
  • давление закрытия по паспорту: превышение давления в линии над давлением в НКТ, при котором пружина начинает закрывать клапан, ПаОборудование лифтовой колонны
pоткрp_{\text{откр}}
pуp_{\text{у}}
pe, p(x), J/Lp_e,\ p(x),\ J/L
pe, pwp_e,\ p_w
pwfp_{wf}
pwhp_{wh}
pwhAлp_{wh}A_{\text{л}}
pwsp_{ws}
p(x), pep(x),\ p_e
qq
qcq_c
qiq_i
qjq_j
qxq_x
q′q'
q(x)q(x)
rr
pˉR\bar p_R
RR
RbR_b
rehr_{eh}
rw′r_w'
R, reh, rwR,\ r_{eh},\ r_w
pˉR,i\bar p_{R,i}
SS
SeqS_{eq}
TT
vn, Cdv_n,\ C_d
ww
WиW_{\text{и}}
w, Lw,\ L
xx
yey_e
  • расстояние от ствола до линии, где ВНК остаётся на месте (половина расстояния между соседними стволами), мГоризонтальные скважины
  • полная ширина блока поперёк ствола (в формуле гребня yey_e — половина расстояния между стволами); ствол посередине ширины, мГоризонтальные скважины
zwz_w
α\alpha
ΔTˉ\Delta\bar T
Δ\Delta
Δpˉв, Δpˉн\Delta\bar p_{\text{в}},\ \Delta\bar p_{\text{н}}
λ\lambda
μ, B, pe, pw\mu,\ B,\ p_e,\ p_w
ν\nu
ρ, v, d\rho,\ v,\ d
ρгл\rho_{\text{гл}}
ρж, ρст\rho_{\text{ж}},\ \rho_{\text{ст}}
ρу\rho_{\text{у}}
ρij(s)\rho_{ij}(s)