Тема 3. Поведение газа в скважине.
Как известно, газ может находиться в скважине:
в растворенном состоянии;
в
виде пузырьков, находящихся в покое
относительно жидкости ( т.е. не всплывает
самостоятельно ). Размер этих пузырьков
равен :
dп
=6
/ kg(
- г)
dп
=60
/ Кg(
- г)
-для жидкости, находящейся в покое ; -для движущейся жидкости.
где - статистическое напряжение сдвига ;
0 - динамическое напряжение сдвига ;
К - коэффициент пропорциональности
виде пузырьков, размер которых значительно мал относительно общего объема жидкости ( пузырьковый режим);
в виде пузырей, диаметр которых соизмерим с диаметром трубы ( снарядный режим всплытия ) ;
кольцевой режим, где газ занимает все сечение затрубного пространства, что характерно для выброса и фонтана.
Первые три положения сильной опасности не представляют, так как забойное давление снижается незначительно.
Если предположить, что в скважину поступила компактная пачка газа (например при подъеме инструмента), то для идеальных условий при всплытии этого газа в закрытой скважине давление на забое почти удвоится. Так как в идеальных условиях объем газа не изменится (в закрытой скважине), то согласно закону Бойля-Мариотта
Р1
V1
= Р2
V2=const
для идеального газа, давление тоже не меняется ( рис.1 )
Такое повышение давления может разрушить скважину или вызвать катастрофическое поглощение и как следствие - фонтан. Если при тех условиях газ поднимается в скважине с открытым устьем, и ввиду того, что давление под газом и, соответственно, самого газа уменьшается, то, согласно закону Бойля-Мариотта, объем газа будет увеличиваться, что приводит к уменьшению гидростатического столба бурового раствора и, соответственно, к снижению забойного давления.
На некоторой глубине произойдет выброс раствора, что приведет к резкому снижению забойного давления. Забойное давление в процессе подъема газа в скважине с открытым устьем, может оказаться ниже пластового, что неизбежно приведет к работе пласта и возможно к фонтану (рис.2)
Изменение объема газовой пачки и забойного давления при открытом устье скважины.
Как видно из выше изложенного, неконтролируемое всплытие газа в скважине может привести к катастрофическим последствиям.
Скорость всплытия газа зависит от режима всплытия. Так для пузырькового режима скорость всплытия колеблется от 300 до 350 м/час, а для снарядного от 600 до 900 м/час.
Скорость подъема газа при промывке можно ориентировочно найти по формуле
Vгд
=
1,2 Vж
+ Vгст
где Vж - скорость движения жидкости, м/час ;
Vгст - скорость всплытия газа в статике, м/час.
Повышенная опасность объясняется следующими свойствами газа:
Способностью газа проникать в интервале перфорации в скважину и образовывать газовые пачки.
Способностью газовых пачек к всплытию в столбе жидкости с одновременным расширением и вытеснением ее из скважины.
Способностью газовой пачки к всплытию в загерметизированной скважине, сохраняя первоначальное (пластовое) давление.