Образование песчаной пробки или столба жидкости на забое газовых и газоконденсатных скважин при соответствующих условиях, т.е. при наличии влаги в продукции скважины, прорыве подошвенной
или контурной воды, очищении призабойной зоны от бурового раствора, разрушении пласта при заданной депрессии и др., в основном связано с выбором конструкции скважины. Выбор диаметра и глубины спуска фонтанных труб с учетом характеристик пласта, фильтрующегося потока, производительности скважины и профиля притока существенно зависит от возможности прихвата труб, потерь давления в стволе скважины и особенно в зоне фильтра при большой толщине газоносного пласта.
Связь критического дебита с диаметром труб. Возможность образования пробок зависит от обеспечения выноса частиц. Если скважина работает через затрубное пространство и потери давления при работе через фонтанные трубы велики, а возможность увеличения их диаметра отсутствует, то необходимо обеспечить вынос частиц в кольцевом пространстве. Скорость установившегося движения частиц может быть определена из условия равенства сил тяжести частицы силе сопротивления.
Это означает, что скорость движения частицы должна равняться скорости восходящего газового потока. Чтобы не происходило осаждения и накопления частиц, скорость потока газа должна быть несколько выше, чем скорость витания (осаждения) частиц. Для определения скорости витания получены эмпирические соотношения, связывающие скорость восходящего потока с массой частицы и плотностью, вязкостью газа.
Для выноса жидкости необходимо учитывать и изменение формы жидких частиц при движении в восходящем потоке, и режим течения газо-жидкостной смеси.
Режимы течения газо-жидкостной смеси и условия их существования. В газовых скважинах подъём жидкости происходит только за счет энергии газа. В зависимости от конструкции скважины, дебита газа и жидкости, давления и температуры на разных участках ствола могут иметь место различные режимы течения газожидкостной смеси. В зависимости от размеров и формы жидкой и газовой фаз различают дисперсную, дисперсно-кольцевую, кольцевую, снарядно-кольцевую, снарядную, пузырьково-снарядную и пузырьковую структуры режимов газожидкостного потока. При наличии жидкости в продукции газовой скважины в зависимости от её производительности и конструкции возможно существование одного или несколько режимов.
При кольцевом режиме суммарная сила воздействия газового потока в каждом сечении должна быть не менее архимедовой, а объём жидкости – меньше объёма газа в рассматриваемом сечении. При нарушении этих условий происходит смыкание плёнок. Устойчивая форма плёнки не гладкая, а волнистая и при правильной синусоидальной форме пленки её толщина d не превышает 0,075D (D диаметр трубы), а амплитуда её колебаний меньше 0,15D. Исходя из предельно возможных толщин плёнки и группы плёнок, получим область переходного снарядно-кольцевого режима – 0,86Qкр³Q³0,73Qкр.
При снарядном режиме длина газовой пробки больше или равна длине жидкой пробки. При этом толщина слоя жидкости, отделяющей газовую пробку от стенки скважины, может достигать 0,15D. Следовательно, нижняя граница снарядного режима находится при дебитах, меньших критического в 4 раза – Q£ 0,25Qкр.
Верхняя граница пузырькового режима и область перехода от пузырькового к снарядному режиму в газовых скважинах не определена, так как верхняя граница пузырькового режима зависит от способа ввода и объёма газа, поступающего в ствол скважины, занятый жидкостью. Исходя из соображений разрыва жидкости газа, верхнюю границу пузырькового режима можно приблизительно оценить соотношением – Q³0,12Qкр.
Полученные зависимости позволяют оценить существующие в газовой скважине режимы при известном диаметре фонтанных труб. Зная приведённые выше границы существования режимов, по величине дебита можно вычислить диаметр фонтанных труб.
Варианты глубины спуска фонтанных труб. На практике встречаются три варианта глубины спуска фонтанных труб:
* башмак фонтанных труб находится на уровне кровли продуктивного пласта и выше;
* фонтанные трубы спущены до середины интервала перфорации;
* башмак фонтанных труб находится в непосредственной близости от нижнего отверстия интервала перфорации.
Необходимо отметить, что на глубину спуска фонтанных труб влияют следующие факторы: диаметр труб, дебит скважины, форма и размеры частиц породы или капель жидкости, толщина продуктивного интервала, распределение дебита в интервале перфорации, устойчивость пород и др.
Результаты промысловых исследований показывают, что спуск фонтанных труб до нижних отверстий интервала перфорации предотвращает образование песчаных пробок или столба жидкости в стволе скважины. Тем не менее, влияние высоты пробки, независимо от глубины спуска фонтанных труб, остаётся незаметным, если нижняя часть интервала перфорации низкопродуктивная и в изотропном пласте высота песчаной пробки не превышает 10-20% общей перфорированной толщины продуктивного пласта. Нарушение закономерности влияния пробки на производительность может иметь место лишь в том случае, когда скважина вскрывает несколько пропластков с различными характеристиками и устойчивостью на разрушение.
Результаты анализа влияния некоторых факторов на глубину спуска. Совместный анализ влияния притока газа, производительности скважин, выноса частиц и потерь давления на глубину спуска фонтанных труб показывает, что:
* при равномерном притоке газа из интервала перфорации и наличии условий накопления частиц на забое, целесообразен спуск фонтанных труб до нижнего интервала перфорации;
* при снижении дебита скважины от кровли к подошве пласта также целесообразен спуск фонтанных труб до нижних отверстий интервала перфорации;
* при наличии скорости, обеспечивающей подъём частиц с нижнего интервала без фонтанных труб, отсутствии условий разрушения коллектора и накопления частиц на забое, фонтанные трубы могут быть спущены до кровли продуктивного пласта, в противном случае, если скорость потока ниже башмака фонтанных труб не обеспечивает выноса породы или капель жидкости, то, несмотря на эксплуатацию скважин через затрубное пространство, глубина спуска фонтанных труб должна быть на уровне нижних отверстий интервала перфорации;
* при интенсивном разрушении коллектора при небольших депрессиях, вопрос о глубине спуска труб должен решаться с учетом конструкции фильтра;
* при определении глубины спуска фонтанных труб, потери давления в фонтанных трубах не должны являться единственным и определяющим фактором.
Если пробка мокрая, то для увеличения интенсивности её выноса, кроме увеличения скорости потока, необходимо постепенное увеличение глубины спуска фонтанных труб или создание необходимой скорости газа в эксплуатационной колонне в пределах 1-10м/с.