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

Формулы: Приток и подъём: узловой анализ

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

Баланс давления в добывающей системе
pˉR−psep=Δpпл+Δpз+ΔpНКТ+Δpшт+Δpл\bar p_R - p_{sep} = \Delta p_{\text{пл}} + \Delta p_{\text{з}} + \Delta p_{\text{НКТ}} + \Delta p_{\text{шт}} + \Delta p_{\text{л}}

любые одинаковые единицы давления

Справедливо, если: установившийся режим: через все элементы проходит один и тот же поток (объёмы приведены к одним условиям); каждое слагаемое зависит от дебита и свойств флюида, поэтому равенство выполняется лишь при одном дебите — рабочем; вес столба флюида входит в потерю в НКТ; в вертикальной скважине это обычно самое большое слагаемое.

Узловой анализ добывающей системы →
Кривая притока в узел
pnode=pˉR−Δpдо(q)p_{node} = \bar p_R - \Delta p_{\text{до}}(q)

любые согласованные единицы давления и дебита

Справедливо, если: установившийся режим; пластовое давление за время расчёта не меняется; все дебиты приведены к одним условиям.

Узловой анализ добывающей системы →
Кривая оттока из узла
pnode=psep+Δpпосле(q)p_{node} = p_{sep} + \Delta p_{\text{после}}(q)

любые согласованные единицы давления и дебита

Справедливо, если: давление в сепараторе поддерживается постоянным; потери в каждом элементе рассчитаны для реального состава потока — с газом, нефтью и водой.

Узловой анализ добывающей системы →
Кривая оттока для жидкости без газа в вертикальных НКТ
pwf=pwh+ρgH+λ Hd ρv22,v=4qπd2p_{wf} = p_{wh} + \rho g H + \lambda\,\frac{H}{d}\,\frac{\rho v^2}{2},\qquad v = \frac{4q}{\pi d^2}

СИ

Справедливо, если: однофазная несжимаемая жидкость: давление по всей длине труб выше давления насыщения, свободного газа нет; вертикальные трубы постоянного диаметра; в наклонной скважине в вес столба входит глубина по вертикали, а в трение — длина по стволу; плотность и коэффициент сопротивления постоянны; ускорение потока не учитывается; течение турбулентное (число Рейнольдса Re=ρvd/μRe = \rho v d/\mu больше нескольких тысяч); λ\lambda зависит от ReRe и шероховатости труб. Коэффициент трения Фаннинга, который встречается в англоязычной литературе, вчетверо меньше: fF=λ/4f_F = \lambda/4.

Узловой анализ добывающей системы →
Условие устойчивости рабочей точки (квазистатическое)
 dpотт dq> dpпр dq\frac{\dd p_{\text{отт}}}{\dd q} > \frac{\dd p_{\text{пр}}}{\dd q}

любые согласованные

Справедливо, если: упрощённое квазистатическое рассмотрение: инерция потока и сжимаемость газа в стволе не учитываются; реальные пульсации режима (например, периодические выбросы газа и жидкости) изучают динамическими моделями.

Узловой анализ добывающей системы →
Коэффициент продуктивности
J=qpˉR−pwfJ = \frac{q}{\bar p_R - p_{wf}}

метрические промысловые (м³/сут, МПа)

Справедливо, если: стабилизированный режим; однофазный приток: pwf≥pbp_{wf} \ge p_b; давления приведены к одной глубине; для разности годятся и абсолютные, и избыточные давления, лишь бы одинаковые.

Индикаторная кривая притока →
Приток к скважине в псевдоустановившемся режиме
q=2πkh (pˉR−pwf)μB[ln⁡rerw−34+S]q = \frac{2\pi k h\,(\bar p_R - p_{wf})}{\mu B\left[\ln\dfrac{r_e}{r_w} - \dfrac{3}{4} + S\right]}

СИ

Справедливо, если: псевдоустановившийся режим в круговой области с непроницаемой внешней границей, скважина в центре; для области другой формы член ln⁡(re/rw)−3/4\ln(r_e/r_w) - 3/4 заменяют выражением с коэффициентом формы; однофазный приток слабосжимаемой жидкости по закону Дарси; однородный пласт; несовершенство вскрытия и повреждение призабойной зоны учтены в SS.

Индикаторная кривая притока →
Уравнение Вогеля
qqmax=1−0,2 pwfpˉR−0,8(pwfpˉR)2\frac{q}{q_{max}} = 1 - 0{,}2\,\frac{p_{wf}}{\bar p_R} - 0{,}8\left(\frac{p_{wf}}{\bar p_R}\right)^2

безразмерная форма: дебиты в любых одинаковых единицах, давления тоже

Справедливо, если: пластовое давление не выше давления насыщения (pˉR≤pb\bar p_R \le p_b), режим растворённого газа; стабилизированный приток; эмпирическое обобщение расчётов для скважин без повреждения призабойной зоны (S=0S = 0); малая обводнённость; при газовой шапке, сильной обводнённости и высоковязкой нефти точность ниже; давления лучше брать абсолютными; при пластовых давлениях в десятки мегапаскалей разница с избыточными невелика.

Индикаторная кривая притока →
Составная индикаторная кривая
q={J (pˉR−pwf),pwf≥pb,qb+Jpb1,8[1−0,2 pwfpb−0,8(pwfpb)2],pwf<pb,qb=J (pˉR−pb)q = \begin{cases} J\,(\bar p_R - p_{wf}), & p_{wf} \ge p_b,\\[6pt] q_b + \dfrac{J p_b}{1{,}8}\left[1 - 0{,}2\,\dfrac{p_{wf}}{p_b} - 0{,}8\left(\dfrac{p_{wf}}{p_b}\right)^2\right], & p_{wf} < p_b, \end{cases}\qquad q_b = J\,(\bar p_R - p_b)

любые согласованные (например, м³/сут и МПа)

Справедливо, если: pˉR>pb\bar p_R > p_b: выше давления насыщения приток однофазный; ниже давления насыщения кривая вогелевская, но построенная от pbp_b, а не от пластового давления; стабилизированные режимы; влияние призабойной зоны учтено в JJ.

Индикаторная кривая притока →
Коэффициент продуктивности по замеру ниже давления насыщения
J=q1(pˉR−pb)+pb1,8[1−0,2 pwf,1pb−0,8(pwf,1pb)2]J = \frac{q_1}{(\bar p_R - p_b) + \dfrac{p_b}{1{,}8}\left[1 - 0{,}2\,\dfrac{p_{wf,1}}{p_b} - 0{,}8\left(\dfrac{p_{wf,1}}{p_b}\right)^2\right]}

как в составной кривой

Справедливо, если: те же, что для составной кривой; давление насыщения известно по PVT-исследованию пробы нефти.

Индикаторная кривая притока →
Уравнение притока Фетковича
q=C (pˉR2−pwf2)nq = C\,(\bar p_R^2 - p_{wf}^2)^n

qq — м³/сут, давления — МПа (абсолютные)

Справедливо, если: стабилизированные режимы (исследование «режим за режимом») или изохронные режимы одинаковой продолжительности; давления абсолютные: в формулу входят их квадраты, а разность квадратов избыточных давлений не равна разности квадратов абсолютных; пластовое давление не выше давления насыщения; если выше, так описывают только часть кривой ниже pbp_b.

Индикаторная кривая притока →
Уравнение притока газа с показателем степени
qg=C (pˉR2−pwf2)nq_g = C\,(\bar p_R^2 - p_{wf}^2)^n

qgq_g — тыс. м³/сут, давления — МПа (абсолютные)

Справедливо, если: стабилизированные или изохронные режимы; давления абсолютные; эмпирическая зависимость: экстраполяция далеко за пределы исследованных депрессий ненадёжна.

Индикаторная кривая притока →
Двучленная формула притока газа
pˉR2−pwf2=a qg+b qg2\bar p_R^2 - p_{wf}^2 = a\,q_g + b\,q_g^2

давления — МПа (абсолютные), qgq_g — тыс. м³/сут

Справедливо, если: стабилизированные режимы; aa и bb находят по исследованию на нескольких режимах: зависимость (pˉR2−pwf2)/qg(\bar p_R^2 - p_{wf}^2)/q_g от qgq_g — прямая с наклоном bb и отрезком aa на оси ординат.

Индикаторная кривая притока →
Коэффициент гидродинамического совершенства
FE=pˉR−pwf−ΔpSpˉR−pwf=JфактJидFE = \frac{\bar p_R - p_{wf} - \Delta p_S}{\bar p_R - p_{wf}} = \frac{J_{\text{факт}}}{J_{\text{ид}}}

безразмерная величина; давления в одинаковых единицах

Справедливо, если: однофазный приток, стабилизированный режим; дополнительная потеря давления пропорциональна дебиту (скин-фактор не зависит от дебита).

Индикаторная кривая притока →
Коэффициент продуктивности при нулевой депрессии
J∗=1,8 qmaxpˉR=1,8 J1+0,8 pwf/pˉRJ^* = \frac{1{,}8\,q_{max}}{\bar p_R} = \frac{1{,}8\,J}{1 + 0{,}8\,p_{wf}/\bar p_R}

любые согласованные

Справедливо, если: форма кривой вогелевская (pˉR≤pb\bar p_R \le p_b).

Индикаторная кривая притока →
Пересчёт на будущее пластовое давление
Jf∗=Jp∗ (kro/μoBo)f(kro/μoBo)p,qmax,f=Jf∗ pˉR,f1,8J^*_f = J^*_p\,\frac{\left(k_{ro}/\mu_o B_o\right)_f}{\left(k_{ro}/\mu_o B_o\right)_p},\qquad q_{max,f} = \frac{J^*_f\,\bar p_{R,f}}{1{,}8}

отношение безразмерно; J∗J^* и qmaxq_{max} — в единицах текущей кривой

Справедливо, если: форма кривой и в будущем вогелевская; krok_{ro} — по прогнозу насыщенности (материальный баланс) и кривым относительной проницаемости; μo\mu_o и BoB_o — по PVT-данным при будущем давлении; свойства призабойной зоны не меняются.

Индикаторная кривая притока →
Уравнение Вогеля с учётом совершенства скважины
qqmaxFE=1=1,8 FE(1−pwfpˉR)−0,8 FE2(1−pwfpˉR)2\frac{q}{q_{max}^{FE=1}} = 1{,}8\,FE\left(1 - \frac{p_{wf}}{\bar p_R}\right) - 0{,}8\,FE^2\left(1 - \frac{p_{wf}}{\bar p_R}\right)^2

безразмерная форма

Справедливо, если: вогелевская форма притока для неповреждённой скважины; дополнительная потеря давления в призабойной зоне пропорциональна дебиту; при FE>1FE > 1 формула применима, пока pwf′≥0p'_{wf} \ge 0, то есть при pwf≥pˉR (1−1/FE)p_{wf} \ge \bar p_R\,(1 - 1/FE); ниже она даёт физически бессмысленный результат.

Индикаторная кривая притока →
Градиент давления в восходящем многофазном потоке
 dp dz=ρs gcos⁡θ+λ ρns vm22d+( dp dz)уск\frac{\dd p}{\dd z} = \rho_s\,g\cos\theta + \lambda\,\frac{\rho_{ns}\,v_m^{2}}{2d} + \left(\frac{\dd p}{\dd z}\right)_{\text{уск}}

СИ: градиент в Па/м; 1 кПа/м = 0,0442 psi/ft

Справедливо, если: установившийся восходящий поток в трубе постоянного сечения; свойства фаз и скорости берут при среднем давлении и температуре участка, поэтому трубу рассчитывают короткими участками; трение записано в простейшем, гомогенном виде — по плотности без проскальзывания и скорости смеси; разные методы определяют плотность и коэффициент трения по-разному; составляющая ускорения обычно не превышает нескольких процентов и заметна только при высоких скоростях газа у устья.

Многофазный поток в лифтовых трубах →
Плотность смеси с проскальзыванием и без него
ρs=ρLHL+ρG (1−HL),ρns=ρLλL+ρG (1−λL)\rho_s = \rho_L H_L + \rho_G\,(1 - H_L), \qquad \rho_{ns} = \rho_L \lambda_L + \rho_G\,(1 - \lambda_L)

кг/м³; доли — безразмерные

Справедливо, если: плотность жидкости — средняя плотность нефти и воды, взвешенная по их объёмам в условиях трубы; в пределах участка фазы перемешаны так, что плотность можно усреднить по объёмам.

Многофазный поток в лифтовых трубах →
Модель дрейфа для восходящего потока
vG=C0 vm+vd  ⇒  1−HL=vSGC0 vm+vd,vd≈0,35g d (ρL−ρG)ρLv_G = C_0\,v_m + v_d \;\Rightarrow\; 1 - H_L = \frac{v_{SG}}{C_0\,v_m + v_d}, \qquad v_d \approx 0{,}35\sqrt{\frac{g\,d\,(\rho_L - \rho_G)}{\rho_L}}

СИ

Справедливо, если: восходящий пузырьковый или пробковый режим в вертикальной трубе; для кольцевого режима модель не годится и завышает содержание жидкости; C0C_0 и коэффициент 0,35 — опытные постоянные; формула для vdv_d описывает всплытие крупных пузырей, занимающих почти всё сечение, а мелкие пузыри всплывают медленнее — в воде около 0,2–0,25 м/с; в наклонных трубах скорость дрейфа зависит от угла.

Многофазный поток в лифтовых трубах →
Градиент с учётом ускорения
 dp dz=ρsgcos⁡θ+λ ρnsvm2/(2d)1−Ek,Ek=ρns vm vSGp\frac{\dd p}{\dd z} = \frac{\rho_s g\cos\theta + \lambda\,\rho_{ns} v_m^{2}/(2d)}{1 - E_k}, \qquad E_k = \frac{\rho_{ns}\,v_m\,v_{SG}}{p}

СИ

Справедливо, если: газ расширяется изотермически, и его объём обратно пропорционален давлению; жидкость несжимаема, массовый расход смеси постоянен по длине; поток количества движения считают по гомогенной смеси — без проскальзывания фаз.

Многофазный поток в лифтовых трубах →
Коэффициент трения Дарси при турбулентном течении (формула Хааланда)
1λ=−1,8 lg⁡ ⁣[(ε/d3,7)1,11+6,9Re]\frac{1}{\sqrt{\lambda}} = -1{,}8\,\lg\!\left[\left(\frac{\varepsilon/d}{3{,}7}\right)^{1{,}11} + \frac{6{,}9}{Re}\right]

безразмерные величины; ε\varepsilon и dd в одних единицах

Справедливо, если: турбулентное течение, ReRe больше примерно 4000; формула приближает неявное уравнение Колбрука — Уайта с погрешностью порядка 1–2 %.

Многофазный поток в лифтовых трубах →
Критическое отношение давлений для газа
rc=(p2p1)c=(2k+1)kk−1r_c = \left(\frac{p_2}{p_1}\right)_c = \left(\frac{2}{k+1}\right)^{\frac{k}{k-1}}

безразмерное

Справедливо, если: идеальный газ, расширение без теплообмена и трения (изоэнтропическое); kk постоянен; скорость газа перед штуцером мала по сравнению со скоростью в сужении; при p2/p1≤rcp_2/p_1 \le r_c течение критическое и расход от p2p_2 не зависит; при p2/p1>rcp_2/p_1 > r_c — докритическое.

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Расход газа через штуцер
m˙=CdA2kk−1 p1ρ1[r2/k−r(k+1)/k],r=max⁡ ⁣(p2p1, rc)\dot m = C_d A \sqrt{\frac{2k}{k-1}\,p_1 \rho_1 \left[r^{2/k} - r^{(k+1)/k}\right]},\qquad r = \max\!\left(\frac{p_2}{p_1},\ r_c\right)

СИ

Справедливо, если: изоэнтропическое расширение идеального газа с поправкой на сверхсжимаемость по условиям перед штуцером; kk постоянен; скорость газа перед штуцером мала (отверстие намного меньше трубы); жидкости в потоке нет; ниже критического отношения в формулу подставляют rcr_c: расход от давления за штуцером не зависит.

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Расход жидкости через штуцер
q=CdA2 (p1−p2)ρq = C_d A \sqrt{\frac{2\,(p_1 - p_2)}{\rho}}

СИ

Справедливо, если: несжимаемая однофазная жидкость; давление в сжатом сечении выше давления, при котором она вскипает или выделяет газ; скорость перед отверстием мала по сравнению со скоростью в нём; если отверстие сравнимо с трубой, расход делят на 1−(d/D)4\sqrt{1 - (d/D)^4}; CdC_d — опытный: в классической гидравлике около 0,6 для отверстия в тонкой стенке и около 0,8 для короткой цилиндрической насадки; для конкретного штуцера его даёт изготовитель.

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Корреляции типа Гилберта (критическое течение)
pwh=b q ГЖО cSap_{wh} = \frac{b\,q\,\text{ГЖО}^{\,c}}{S^{a}}

промысловые единицы (oilfield): psig, STB/d, scf/STB, 1/64″

Справедливо, если: только критическое течение: давление за штуцером не больше примерно 0,5–0,6 давления перед ним (у Гилберта — меньше 1/1,7 ≈ 0,59); постоянные получены по замерам конкретных месторождений и насадок; вне этих условий точность падает, поэтому корреляцию сверяют с замерами дебита; в оригинале Гилберта постоянная равна 435 при ГЖО в тысячах кубических футов на баррель (Mscf/bbl); это та же формула: 10,0⋅10000,546≈43510{,}0\cdot 1000^{0{,}546} \approx 435; в разных публикациях давление указывают избыточным или абсолютным — при давлениях в несколько мегапаскалей разница один-три процента.

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Эквивалентный диаметр двух параллельных ниток
dэ=(d12,5+d22,5)0,4d_{\text{э}} = \left(d_1^{2{,}5} + d_2^{2{,}5}\right)^{0{,}4}

любые одинаковые единицы длины

Справедливо, если: однофазный турбулентный поток с одинаковым коэффициентом трения в обеих нитках; нитки одной длины между общими точками; для газожидкостной смеси это лишь оценка: фазы не обязаны делиться между нитками в одной пропорции, и фактический выигрыш бывает меньше расчётного.

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Расстояние релаксации (метод Рэми)
A=w cp (ke+rUf)2π rU keA = \frac{w\,c_p\,(k_e + r U f)}{2\pi\,r U\,k_e}

СИ

Справедливо, если: установившийся поток в стволе; теплоёмкость и теплопроводности постоянны; сопротивления конструкции не меняются по глубине; породы однородны, вдали от скважины температура равна геотермической; не учтены охлаждение газа при расширении, работа газа против силы тяжести и нагрев трением; для нефтяной скважины поправки обычно невелики, но из-за газа поток на деле немного холоднее рассчитанного; для газовой скважины они существенны (дополнительный раздел).

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Температура потока в добывающей скважине
Tf(z)=T0+GTz+GTA[1−e−(H−z)/A]T_f(z) = T_0 + G_T z + G_T A\left[1 - e^{-(H - z)/A}\right]

любые согласованные (°C и м)

Справедливо, если: вертикальная скважина, линейный геотермический градиент; флюид входит в скважину с температурой пласта; те же допущения, что для расстояния релаксации.

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Функция времени при больших временах
f(t)≈12ln⁡(4tD)−γE2,tD=α trwb2f(t) \approx \tfrac{1}{2}\ln\left(4 t_D\right) - \tfrac{\gamma_E}{2},\qquad t_D = \frac{\alpha\,t}{r_{wb}^{2}}

безразмерная

Справедливо, если: большие безразмерные времена — практически после первых суток или недель работы; это та же асимптотика линейного источника, что и в гидродинамике пласта (Решение для линейного источника и функция давления); при малых временах асимптотика занижает ff и тем завышает теплопотери — рассчитанная температура потока ниже истинной; для малых времён используют полную функцию времени, например аппроксимацию Хасана и Кабира (Hasan, Kabir), пригодную для любых времён.

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Температура за штуцером
T2≈T1−μˉJT (p1−p2),μJT=(∂T∂p)hT_2 \approx T_1 - \bar\mu_{JT}\,(p_1 - p_2),\qquad \mu_{JT} = \left(\frac{\partial T}{\partial p}\right)_{h}

°C и МПа

Справедливо, если: дросселирование без теплообмена с окружающей средой, кинетическая энергия до и после штуцера мала (энтальпия постоянна); коэффициент меняется с давлением и температурой; при больших перепадах точнее считать по уравнению состояния, сохраняя энтальпию, и для газа с жидкостью — с учётом теплоёмкости жидкости.

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Температура гидратообразования сладкого природного газа (Таулер и Мохатаб)
Th=13,47ln⁡p+34,27ln⁡γг−1,675ln⁡p ln⁡γг−20,35T_h = 13{,}47\ln p + 34{,}27\ln\gamma_{\text{г}} - 1{,}675\ln p\,\ln\gamma_{\text{г}} - 20{,}35

промысловые: ThT_h в °F, pp в psia; градусы Цельсия — (Th−32)/1,8(T_h - 32)/1{,}8, давление в psia — давление в МПа, умноженное на 145,04

Справедливо, если: сладкий природный газ (без заметного сероводорода и углекислого газа) относительной плотности примерно 0,55–1,0 в присутствии пресной воды; формула повторяет график по относительной плотности газа, а газы одной плотности, но разного состава могут образовывать гидраты при заметно разных условиях (для газа, близкого к чистому метану, оценка завышена на несколько градусов); соли в воде и ингибиторы снижают температуру гидратообразования — для проектных решений нужен расчёт по составу.

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Скорость звука в однородной газожидкостной смеси (формула Вуда)
1ρmcm2=αρGcG2+1−αρLcL2,ρm=αρG+(1−α)ρL\frac{1}{\rho_m c_m^{2}} = \frac{\alpha}{\rho_G c_G^{2}} + \frac{1-\alpha}{\rho_L c_L^{2}},\qquad \rho_m = \alpha\rho_G + (1-\alpha)\rho_L

СИ

Справедливо, если: фазы перемешаны мелко и движутся вместе; длина звуковой волны много больше размера пузырей; газ в пузырях сжимается изотермически (успевает обменяться теплом с жидкостью), тогда ρGcG2≈p\rho_G c_G^2 \approx p; без обмена массой между фазами.

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Термическое сопротивление конструкции скважины
12π rU=12πrtihf+∑iln⁡(ri+1/ri)2πki\frac{1}{2\pi\,rU} = \frac{1}{2\pi r_{ti} h_f} + \sum_i \frac{\ln(r_{i+1}/r_i)}{2\pi k_i}

СИ; сопротивление на метр длины, К·м/Вт

Справедливо, если: установившийся радиальный поток тепла через коаксиальные слои; затрубье считается теплопроводящим слоем; естественная конвекция жидкости (и излучение в газе) в нём увеличивает теплопередачу — без них rUrU занижено, а рассчитанная температура потока завышена.

Штуцеры, наземные потери и температура в скважине →
Коэффициент совершенства заканчивания
Ec=JJОС=XX+Sc,X=ln⁡rerw−34E_c = \frac{J}{J_{\text{ОС}}} = \frac{X}{X + S_c},\qquad X = \ln\frac{r_e}{r_w} - \frac34

безразмерная; логарифм натуральный

Справедливо, если: псевдоустановившийся приток в круговой области; для другой формы XX заменяют на 12ln⁡(4A/(γCArw2))\tfrac12\ln\big(4A/(\gamma C_A r_w^2)\big), γ=1,781\gamma = 1{,}781 (Псевдоустановившийся приток и коэффициент формы); в отличие от коэффициента гидродинамического совершенства (FE) сюда входят только скины заканчивания, а не повреждение и несовершенство вскрытия.

Влияние заканчивания на приток →
Скин перфорации по методу составляющих
sp=sH+sV+swbs_p = s_H + s_V + s_{wb}

безразмерная

Справедливо, если: однородный пласт, перфорирована вся толщина; каналы чистые, без уплотнённой зоны и повреждения (их добавляют отдельно); течение по закону Дарси; при больших скоростях в каналах добавляется инерционный скин (Приток при высоких дебитах: нелинейная фильтрация).

Влияние заканчивания на приток →
Плоская составляющая
sH=ln⁡rwrw′(θ),rw′(θ)={lp/4,θ=0∘αθ (rw+lp),θ≠0∘s_H = \ln\frac{r_w}{r_w'(\theta)},\qquad r_w'(\theta) = \begin{cases} l_p/4, & \theta = 0^\circ\\ \alpha_\theta\,(r_w + l_p), & \theta \ne 0^\circ \end{cases}

любые единицы длины

Справедливо, если: плоская задача: каналы бесконечной проводимости, вид в горизонтальном сечении.

Влияние заканчивания на приток →
Вертикальная составляющая
sV=10a hD b−1 rD b,a=a1lg⁡rD+a2,b=b1rD+b2hD=hlpkHkV,rD=rp2h(1+kVkH),h=1ns\begin{gathered} s_V = 10^{a}\,h_D^{\,b-1}\,r_D^{\,b},\qquad a = a_1\lg r_D + a_2,\qquad b = b_1 r_D + b_2\\ h_D = \frac{h}{l_p}\sqrt{\frac{k_H}{k_V}},\qquad r_D = \frac{r_p}{2h}\left(1 + \sqrt{\frac{k_V}{k_H}}\right),\qquad h = \frac{1}{n_s}\end{gathered}

безразмерная; lg⁡\lg — десятичный логарифм; длины в одинаковых единицах

Справедливо, если: аппроксимация численных решений при hD≤10h_D \le 10 и rD≥0,01r_D \ge 0{,}01; за этими пределами нужен численный расчёт.

Влияние заканчивания на приток →
Составляющая ствола
swb=c1 ec2rwD,rwD=rwlp+rws_{wb} = c_1\,e^{c_2 r_{wD}},\qquad r_{wD} = \frac{r_w}{l_p + r_w}

безразмерная

Справедливо, если: та же модель, что для sHs_H; колонна и цемент непроницаемы.

Влияние заканчивания на приток →
Скин уплотнённой зоны
sc=hlp(kkc−kks)ln⁡rcrps_c = \frac{h}{l_p}\left(\frac{k}{k_c} - \frac{k}{k_s}\right)\ln\frac{r_c}{r_p}

безразмерная; логарифм натуральный

Справедливо, если: приток в канал равномерен по его длине и радиален через тонкое кольцо; на самом деле он сосредоточен ближе к концу канала, поэтому формула даёт оценку снизу; толщину и проницаемость зоны берут по испытаниям зарядов в пластовых условиях или оценивают; в примерах урока они условные.

Влияние заканчивания на приток →
Каналы кончаются в зоне повреждения
sdp=(kks−1)ln⁡rsrw+kks sp,rs=rw+lss_{dp} = \left(\frac{k}{k_s} - 1\right)\ln\frac{r_s}{r_w} + \frac{k}{k_s}\,s_p,\qquad r_s = r_w + l_s

безразмерная; логарифм натуральный

Справедливо, если: lp<lsl_p < l_s: вся зона схождения потока к каналам лежит в повреждённой породе; это оценка сверху: когда концы каналов близки к границе зоны, часть потока подходит к ним из неповреждённой породы, и скин меньше.

Влияние заканчивания на приток →
Каналы проходят зону повреждения насквозь
sdp≈sH+sV(l~p)+swb ⁣(r~wrw+lp)l~p=lp−(1−ksk)ls,r~w=rw+(1−ksk)ls\begin{gathered} s_{dp} \approx s_H + s_V(\tilde l_p) + s_{wb}\!\left(\frac{\tilde r_w}{r_w + l_p}\right)\\ \tilde l_p = l_p - \left(1 - \frac{k_s}{k}\right)l_s,\qquad \tilde r_w = r_w + \left(1 - \frac{k_s}{k}\right)l_s\end{gathered}

безразмерная

Справедливо, если: lp>lsl_p > l_s; концы каналов в неповреждённой породе, поэтому плоская составляющая при фазировках 45–180° не меняется; при 0° её приведённый радиус lp/4l_p/4 зависит от длины канала за стенкой, и в нём берут l~p\tilde l_p; приближение: при ks→0k_s \to 0 это метод составляющих для колонны радиусом rw+lsr_w + l_s со скином, отнесённым к действительному радиусу rwr_w (непроницаемое кольцо — та же колонна, только толще), при ks=kk_s = k даёт обычный sps_p; проверка численным решением плоской задачи — расхождение не больше 0,15; hDh_D с длиной l~p\tilde l_p должно оставаться не больше 10.

Влияние заканчивания на приток →
Скин каналов, заполненных гравием
Sg=8 k h Lkg n d2S_g = \frac{8\,k\,h\,L}{k_g\,n\,d^2}

любые согласованные: kk и kgk_g в одних единицах, hh, LL, dd — тоже

Справедливо, если: линейный поток вдоль каналов одинаковой длины и диаметра, весь приток делится между nn каналами поровну; гравий однороден; засорение мелкими частицами, смешение с песком пласта, остатки жидкости заканчивания учитывают уменьшенной kgk_g.

Влияние заканчивания на приток →
Инерционные потери в каналах с гравием
Dg=32 kh β ρ B Lπ μ n2d4D_g = \frac{32\,k h\,\beta\,\rho\,B\,L}{\pi\,\mu\,n^2 d^4}

СИ

Справедливо, если: уравнение Форхгеймера в каждом канале (Приток при высоких дебитах: нелинейная фильтрация); для газа ρB\rho B заменяют плотностью газа при стандартных условиях, а вязкость берут при забойных; β\beta гравия растёт при его засорении; его оценивают по испытаниям или корреляциям с проницаемостью гравия.

Влияние заканчивания на приток →
Измеренный скин перфорированной скважины
S=Spp+hhw(sp+sc+Sd,эф)+Sg+DqS = S_{pp} + \frac{h}{h_w}\left(s_p + s_c + S_{d,\text{эф}}\right) + S_g + Dq

безразмерные

Справедливо, если: простое сложение — приближение: составляющие взаимодействуют (повреждение и перфорация — как в разделе о зоне повреждения); DqDq выделяют исследованиями на нескольких режимах (Приток при высоких дебитах: нелинейная фильтрация); остальные слагаемые от дебита не зависят.

Влияние заканчивания на приток →
Точный приведённый радиус каналов в обсаженной скважине
rw′(180∘)=R2−rw22R,rw′(0∘)=lp24R,R=rw+lpr_w'(180^\circ) = \frac{R^2 - r_w^2}{2R},\qquad r_w'(0^\circ) = \frac{l_p^2}{4R},\qquad R = r_w + l_p

любые единицы длины

Справедливо, если: плоская задача; колонна и цемент непроницаемы, каналы бесконечной проводимости.

Влияние заканчивания на приток →
Эластичность дебита по параметру
Ex=Δq/qΔx/x≈q(x+Δx)−q(x−Δx)2 q⋅xΔxE_x = \frac{\Delta q/q}{\Delta x/x} \approx \frac{q(x + \Delta x) - q(x - \Delta x)}{2\,q}\cdot\frac{x}{\Delta x}

безразмерная

Справедливо, если: малые изменения: эластичность описывает отклик вблизи базового варианта и не заменяет расчёт крупных изменений; для долей и величин около нуля (обводнённость, скин-фактор) относительный шаг неудобен — их влияние показывают в абсолютных шагах или диапазонах.

Анализ чувствительности работы скважины →
Линейная оценка изменения рабочего дебита
Δq≈δпр+δотт1/J+sотт\Delta q \approx \frac{\delta_{\text{пр}} + \delta_{\text{отт}}}{1/J + s_{\text{отт}}}

метрические промысловые (МПа, м³/сут)

Справедливо, если: малые изменения, при которых кривые вблизи рабочей точки можно заменить прямыми; изменение JJ меняет и наклон притока; для крупных изменений (обработка пласта, смена НКТ) считают новую точку целиком.

Анализ чувствительности работы скважины →

Обозначения

СимволЗначение и где встречается
m˙\dot m
Δq\Delta q
( dp/ dz)уск(\dd p/\dd z)_{\text{уск}}
ГЖО\text{ГЖО}
Δpдо(q)\Delta p_{\text{до}}(q)
Δpз\Delta p_{\text{з}}
Δpл\Delta p_{\text{л}}
ΔpНКТ\Delta p_{\text{НКТ}}
  • потеря при подъёме по НКТ, включая вес столба флюида и скважинное оборудование: pwf−pwhp_{wf} - p_{wh}, где pwhp_{wh} — давление на устье, МПаУзловой анализ добывающей системы
Δpпл\Delta p_{\text{пл}}
Δpпосле(q)\Delta p_{\text{после}}(q)
Δpшт\Delta p_{\text{шт}}
aa
AA
a1, a2, b1, b2a_1,\ a_2,\ b_1,\ b_2
bb
BB
BoB_o
b, c, ab,\ c,\ a
B, μB,\ \mu
CC
C0C_0
  • коэффициент распределения: учитывает, что газ сосредоточен у оси трубы, где скорость выше; около 1,2 для пробкового течения в вертикальной трубе, —Многофазный поток в лифтовых трубах
c1, c2c_1,\ c_2
CdC_d
cm, cG, cLc_m,\ c_G,\ c_L
dd
d1, d2d_1,\ d_2
dэd_{\text{э}}
DgD_g
EcE_c
EkE_k
ExE_x
ff
FEFE
gg
hh
HH
hD, rDh_D,\ r_D
HL, λLH_L,\ \lambda_L
h, lph,\ l_p
JJ
J∗J^*
JидJ_{\text{ид}}
JфактJ_{\text{факт}}
J, JОСJ,\ J_{\text{ОС}}
kk
kck_c
kek_e
kgk_g
kH, kVk_H,\ k_V
krok_{ro}
ksk_s
  • проницаемость породы вокруг уплотнённой зоны: kk, если канал в неповреждённом пласте, и проницаемость повреждённой зоны, если в ней, мДВлияние заканчивания на приток
k, hk,\ h
k, h, L, n, dk,\ h,\ L,\ n,\ d
k, ksk,\ k_s
LL
lpl_p
lg⁡\lg
ln⁡\ln
M, Z1, T1M,\ Z_1,\ T_1
nn
nsn_s
pp
l~p\tilde l_p
p1−p2p_1 - p_2
p1, p2p_1,\ p_2
p1, ρ1p_1,\ \rho_1
pотт(q)p_{\text{отт}}(q)
pпр(q)p_{\text{пр}}(q)
pbp_b
pnodep_{node}
psepp_{sep}
pwfp_{wf}
pwf,1p_{wf,1}
pwhp_{wh}
p, fp,\ f
qq
q1q_1
qbq_b
qgq_g
qmaxq_{max}
qmax, pˉR, pwfq_{max},\ \bar p_R,\ p_{wf}
qmaxFE=1q_{max}^{FE=1}
q, pˉR, pwfq,\ \bar p_R,\ p_{wf}
rr
pˉR\bar p_R
R\mathcal{R}
RR
rc, rpr_c,\ r_p
rer_e
ri, ri+1, kir_i,\ r_{i+1},\ k_i
rpr_p
rs, lsr_s,\ l_s
rti, hfr_{ti},\ h_f
rwr_w
rw, lpr_w,\ l_p
rw′r_w'
rw′(θ)r_w'(\theta)
rwbr_{wb}
rwDr_{wD}
pˉR, pwf\bar p_R,\ p_{wf}
pˉR,f\bar p_{R,f}
ReRe
rUr U
SS
ΔpS\Delta p_S
sоттs_{\text{отт}}
scs_c
ScS_c
Sd,эфS_{d,\text{эф}}
sdps_{dp}
SgS_g
Sg, DqS_g,\ Dq
sHs_H
sH, sV, swbs_H,\ s_V,\ s_{wb}
  • составляющие метода: sHs_H — как без повреждения (при фазировке 0° — с l~p\tilde l_p вместо lpl_p), sVs_V — с l~p\tilde l_p, swbs_{wb} — с rwD=r~w/(rw+lp)r_{wD} = \tilde r_w/(r_w + l_p), —Влияние заканчивания на приток
sps_p
sp, scs_p,\ s_c
SppS_{pp}
sVs_V
swbs_{wb}
tt
T0+GTzT_0 + G_T z
T1, T2T_1,\ T_2
tDt_D
Tf(z)T_f(z)
ThT_h
vv
vdv_d
vGv_G
vmv_m
vSGv_{SG}
r~w\tilde r_w
w cpw\,c_p
XX
x, Δxx,\ \Delta x
zz
α\alpha
αθ\alpha_\theta
β\beta
γг\gamma_{\text{г}}
γE\gamma_E
δотт\delta_{\text{отт}}
δпр\delta_{\text{пр}}
ε\varepsilon
θ\theta
λ\lambda
μ\mu
μJT\mu_{JT}
μˉJT\bar\mu_{JT}
μo\mu_o
ρ\rho
ρL, ρG\rho_L,\ \rho_G
ρm, ρG, ρL\rho_m,\ \rho_G,\ \rho_L
ρns\rho_{ns}
ρs\rho_s