Расчеты добычных скважин и гидротранспорта (часть 1)

Для расчета технологии добычи необходимо знать зависимость расхода нагнетаемого в залежь рабочего агента от давления на устье скважины. Эта зависимость определяется не только фильтрационными свойствами водоносного горизонта, но и напором и минерализацией пластовых вод, а также потерями напора за счет гидравлического сопротивления в трубах. При нагнетании воды в скважину давление на забое складывается из давления от веса столба жидкости и избыточного давления на устье. Из этой суммы следует вычесть потери давления на сопротивление в трубах. Со стороны пласта у забоя скважины создается такое же давление, обусловленное давлением пластовой воды и сопротивлением пласта. Из баланса давлений получена связь между устьевым давлением Рy на устье скважины и расходом Q воды

где kс — коэффициент гидравлического сопротивления труб; N — коэффициент, зависящий от гидрогеологических параметров пласта; Δρ — разность плотностей нагнетаемой и пластовой воды, кг/м3; hк — напор пластовой воды над кровлей, м; ρт — плотность нагнетаемой воды, кг/м3; hу — глубина от поверхности до уровня воды в естественном состоянии, м.
Графически эта зависимость имеет вид параболы, смещенной по оси давлений на величину Δρhк—ρтhy представляющую собой начальное давление, при котором скважина начнет принимать воду (рис. 10.1).

Например, для подземной выплавки серы в условиях Гаурдакского месторождения, если напор подземных вод составляет 550 м, их плотность ρп=1100 кг/м3 глубина скважины 520 м и плотность нагнетаемой воды ρн=900 кг/м3, начальное давление на устье должно быть Δρhк=550∙200—30∙900=83 кПа.
Для условий Язовского серного месторождения глубина скважины составляет 180 м, ρп=1060 кг/м3, ρн=900 кг/м3; h=50 м. Тогда Δρhк=120∙160—50∙900 ≈ —26 кПа.
Из приведенных примеров видно, что в первом случае скважина начинает принимать воду только при давлении на устье свыше 83 кПа. Во втором случае давление на устье может быть создано за счет сопротивления труб и самого пласта. С понижением температуры нагнетаемой воды плотность ее увеличивается, а начальное давление уменьшается. Так, при ρт=1 (вода, нагретая до 20 °С) в первом примере Δρhк=83 кПа, а во втором 26 кПа. Отсюда следует вывод, что при прочих равных условиях расход воды с повышением температуры уменьшается.
Потери напора при движении воды в скважине рассчитывают с использованием уравнений трубной гидравлики. Как показывают расчеты, во многих случаях, представляющих практический интерес для геотехнологических методов, число Рейнольдса составляет от 10в5 до 10в6. При таких его значениях наступает автомодельный режим движения, при котором потери напора не зависят от числа Rе, т. е. от вязкости воды. Поэтому при расчете потерь напора в трубах практически безразлично, подается в скважину горячая или холодная вода.

---