Сборник задач по технологии добычи нефти и газа в осложненных условиях

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ  
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
В.Н. Арбузов, Е.В. Курганова  
 
 
 
 
СБОРНИК ЗАДАЧ  
ПО ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА  
В ОСЛОЖНЕННЫХ УСЛОВИЯХ 
 
 
 
Рекомендовано в качестве практикума  
Редакционно-издательским советом 
Томского политехнического университета  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство 
Томского политехнического университета  
2015 

УДК 622.276(076.5)  
ББК 33.361я73 
А79 
 
Арбузов В.Н.  
А79  
Сборник задач по технологии добычи нефти и газа в осложненных условиях : практикум / В.Н. Арбузов, Е.В. Курганова ; Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во Томского 
политехнического университета, 2015. – 68 с. 

Практикум составлен авторами, чтобы помочь студентам в проведении 
учебно-научных исследований в области нефтегазовой геологии, проектирования систем разработки и управления процессами нефтегазоизвлечения. 
Практикум разработан на основе известных монографий и учебных пособий 
Е.А. Соколова, A.M. Зингера «Струйные аппараты», Ш.К. Гиматудинова 
«Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации 
нефтяных месторождений», И.Т. Мищенко «Расчеты при добыче нефти и газа», а также отдельных публикаций в технических изданиях Р.С. Яремийчук 
«Создание депрессий на пласт с помощью струйных аппаратов» и «Инструкции по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин». 
Содержащиеся в практикуме задания могут выполняться студентами 
самостоятельно и под руководством преподавателя, а также могут использоваться в научных исследованиях по тематике технологии добычи нефти и газа. 

УДК 622.276(076.5) 
ББК  33.361я73 
 
Рецензенты 

Кандидат технических наук 
и.о. главного инженера проектов Отдела ГИПов 
ОАО «ТомскНИПИнефть» 
Е.Н. Иванов 

Кандидат технических наук 
заведующий отделом НИИПММ  
при Томском государственном университете 
А.А. Демиденко 
 
 

© ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2015
© Арбузов В.Н., Курганова Е.В., 2015 
© Оформление. Издательство Томского 

политехнического университета, 2015

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................... 5 

1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН   
В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ ................................................................... 6 
1.1. Расчет повышения температуры продукции  за счет работы 
погружного агрегата УЦЭН и влияние  того повышения  
на вязкость продукции ........................................................................ 6 
1.2. Типовая задача ..................................................................................... 7 
1.3. Задания для самостоятельной работы ............................................... 9 

2. СЕПАРАЦИЯ СВОБОДНОГО ГАЗА   
У ПРИЕМА ПОГРУЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ........................... 11 
2.1. Расчет коэффициента сепарации свободного газа ......................... 11 
2.2. Типовая задача ................................................................................... 13 
2.3. Задания для самостоятельной работы ............................................. 16 

3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН ..................................... 17 
3.1. Расчет подъемника газовой скважины ............................................ 17 
3.2. Типовая задача ................................................................................... 20 
3.3. Задания для самостоятельной работы ............................................. 23 

4. ВЫБОР РЕЖИМА РАБОТЫ ГАЗОВОЙ СКВАЖИНЫ ................ 24 
4.1 Расчет минимального дебита обводненной газовой скважины ..... 24 
4.2. Типовая задача ................................................................................... 25 
4.3. Задания для самостоятельной работы ............................................. 26 

5. РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО ДАВЛЕНИЯ  
НА ПРИЕМЕ УСТАНОВКИ ВИНТОВОГО НАСОСА .................. 27 
5.1. Типовая задача ................................................................................... 28 
5.2. Задания для самостоятельной работы ............................................. 30 

6. ПРИМЕНЕНИЕ СТРУЙНЫХ АППАРАТОВ   
ДЛЯ ОСВОЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН ......... 31 
6.1. Методика расчета гидроструйного насоса ...................................... 31 
6.2. Типовая схема компоновки лифта ................................................... 32 
6.3. Конструкция струйного аппарата УОС- 1....................................... 33 
6.4. Схема обвязки наземного оборудования ......................................... 34 
6.5. Принципиальная схема струйного аппарата ................................... 34 
6.6. Расчет струйного аппарата ............................................................... 36 
6.7. Расчет технологических параметров создания депрессий  
на пласт с помощью струйного аппарата ........................................ 38 
6.8 Типовая задача .................................................................................... 41 
6.9. Задания для самостоятельной работы ............................................. 45 

7. МЕТОД ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН С ПОМОЩЬЮ ПЕН ............... 46 
7.1 Расчет давления закачки пены в скважину ...................................... 46 
7.2. Типовая задача ................................................................................... 48 
7.3. Задания для самостоятельной работы ............................................. 51 

8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ  
ГИДРОПЕСКОСТРУЙНОЙ ОБРАБОТКИ ...................................... 52 
8.1 Расчет процесса гидропескоструйной обработки ........................... 52 
8.2. Типовая задача ................................................................................... 54 
8.3. Задания для самостоятельной работы ............................................. 55 

9. ГАЗЛИФТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН ............................. 57 
9.1. Расчет пускового давления  
для различных систем подъемников ............................................... 57 
9.2. Типовая задача ................................................................................... 58 
9.3. Задания для самостоятельной работы ............................................. 59 

10. ИССЛЕДОВАНИЕ СКВАЖИН,  
ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ПОГРУЖНЫМИ  
ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ ЭЛЕКТРОНАСОСАМИ ............................ 61 
10.1. Типовая задача ............................................................................... 63 
10.2. Задания для самостоятельной работы ......................................... 65 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................... 67 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Студенты, изучающие дисциплину «Технология добычи нефти  
и газа в осложненных условиях», вместе с усвоением теоретических основ должны владеть методиками и практическими навыками расчетов 
технологических процессов, связанных с эксплуатацией нефтяных и газовых скважин. 
Теоретические знания, полученные студентами в ходе изучения 
лекционного материала,  быстрее становятся руководством к действию, 
если на их основе решаются задачи, даже не очень сложные. В данном 
практикуме, с учетом представлений о сущности процессов разработки 
нефтяных и газовых месторождений, приводятся методики решения задач, основанные на полученной в вузе математической подготовке. 
Современное проектирование разработки нефтяных и газовых  
месторождений, выбор необходимого глубинно-насосного оборудования и обоснование оптимальных технологий эксплуатации скважин  
требуют достаточно сложных расчетов с использованием лицензионных 
программных продуктов и мощных вычислительных средств. Во многих случаях, однако, применение более простых алгоритмов, лежащих в 
основе решения задач, рассмотренных в данном учебном пособии, позволяют получить достаточно адекватные количественные результаты 
без использования длительных расчетов на основе более сложных моделей.  
Практикум является учебным пособием по расчетной части курса 
«Технология добычи нефти и газа в осложненных условиях». За основу 
были взяты хорошо известные издания [1–7]. Рассмотрены задачи, касающиеся особенностей эксплуатации добывающих скважин в осложненных 
условиях, механизма сепарации свободного газа у приема погружного 
оборудования, выбора режима работы газовых скважин, расчета 
допустимого давления на приеме установки винтового насоса  
и применения струйных аппаратов для освоения нефтяных и газовых 
скважин, расчетов при освоении скважин пенными системами, 
технологических расчетов при пректировании гидропескоструйной 
перфорации, газлифтной эксплуатации, а также исследований скважин, 
эксплуатируемых с помощью электроцентробежных насосов . 
 
 

1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН  
В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ  

К осложненным условиям эксплуатации добывающих скважин относятся условия,  связанные со свойствами продукции скважин (высокая обводненность, высокая вязкость, отложения АСПО, твердой фазы, 
повышенные температуры, газовые факторы и т. д.). Эти обстоятельства 
существенно затрудняют глубинные исследования скважин и обусловливают расчетное определение целого ряда параметров, используемых 
при оптимизации технологических режимов работы скважинного оборудования. Кроме того, осложнения при эксплуатации скважин часто 
связаны с используемыми в настоящее время технологическими процессами (поддержание пластового давления, тепловые методы повышения нефтеотдачи и др.), а также применяемыми системами нефтегазосбора (однотрубные герметизированные), требующими повышенных 
устьевых давлений. 

1.1. Расчет повышения температуры продукции  
за счет работы погружного агрегата УЦЭН и влияние  
того повышения на вязкость продукции 

Распределение температуры по глубине скважины рассчитывается 
по следующим зависимостям (при 
м
15
800
Q
<
<
 т/сут) [6]: 

 
( )
(
)

м
0,003
нд
пл
нпл
с

1
1
1
0,87
;
Q
t h
t
t
h
e
L

−
⋅


ρ
= ±
⋅ ⋅
−
−
⋅
⋅
⋅


ρ



 
(1.1) 

 
( )
(
)

4
пл
0,00431
5,4 10
;
ln
33
v
t h
t
t
Н
Q

−


= ±
⋅
⋅
−
⋅


+



 
(1.2) 

 
( )
вн
пл
c
м
c
с

623,7
1
1
0,54
1
,
D
t h
t
h
L
Q
L
L





⋅
= ±
⋅ ⋅
⋅
⋅
+
⋅









 
(1.3) 

где h – глубина, м; H – безразмерная глубина, 
1
H
h
=
 м; с – удельная 
теплоемкость жидкости, Дж/(кг ∙ К). 
Во всех формулах знак плюс необходимо брать при расчете температуры от устья, при этом 
у,
t
t
=
 а глубина h отсчитывается от устья; 
знак минус необходимо брать при расчете температуры от забоя, при 
этом 
пл,
t
t
=
 а глубина h отсчитывается от забоя.  

Следует отметить, что зависимость (1.1) может быть использована 
только для фонтанных и газлифтных скважин. При расчете распределения температуры вдоль ствола механизированных скважин, эксплуатируемых установками электроцентробежных насосов, предпочтительнее 
использовать формулу (1.3).  
Для обводненной продукции скважины удельную теплоемкость 
жидкости с рассчитывают в зависимости от обводненности по следующей формуле: 
 
(
)
н
0
в
0
1
,
c
c
n
c
n
=
⋅
−
+
⋅
 
(1.4) 
где сн, св – соответственно удельная теплоемкость нефти и воды:  
сн = 2100 Дж/кг ∙ К, св = 4186 Дж/кг ∙ К; 
n0 – обводненность продукции. 
Для определения вязкости газонасыщенной нефти μнт при текущей 
температуре t можно использовать следующую зависимость: 

 

(
)

(
)
2
гр
гр

4
6
2
н
гр
гр

exp
0,004711
0,0000083
20
30
50
20
20
,

exp
87,24 10
12,9 10
t

V
V
t

V
V
−
−

−
⋅
+
⋅
−

µ
=
−
⋅
⋅
+
⋅
⋅
×





µ


× µ
⋅



µ







 
(1.5) 

где μ20 и μ50 – соответственно вязкость дегазированной нефти при 20  
и 50 °С; Vгр – количество растворенного в 1 м3 нефти газа, м3/м3. При 
давлении на приеме насоса 
пр
нас,
Р
Р
>
гр
0
Г .
V =
 
Если требуется определить температуру потока на выходе из установки ЭЦН tвых, то для ее расчета используют зависимость (1.3), в которой полагают 
у,
t
t
=
н,
h
H
=
с
н,
L
Н
=
 где Нвн – глубина спуска насоса,  
а вместо tпл подставляют tвых. В результате формула для определения tвых 
принимает вид 

 

у
вых

н
вн

м

.

1
0,544
623,7
1

t
t
Н
d
с
Q

=




−
⋅
⋅
⋅
+









 
(1.6) 

1.2. Типовая задача  

Добывающая скважина эксплуатируется установкой погружного 
электроцентробежного насоса. 

Исходные данные: 

• глубина скважины Lс = 2000 м;