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 :

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 предполагать, 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

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 где V_ж — скорость движения жидкости, м/час ;

V_rст — скорость всплытия газа в статике, м/час.