Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [ 42 ] 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

Рис. S.2. Схема пуска скважины в эксплуатацию методом продавки сжатым газом (а) н изменение давления закачиваемого газа на устье во времени нрн пуске (б)

скважина», достигает-значений рр при непрерывном и достаточном расходе газа. В «сухих» скважинах (отсутствие гидродинамической связи скважины с пластом, пласт непродуктивный) оно снизилось бы до значения потерь давления на трение газа (см. пунктирную линию на рис. 8.2, б).

Расчет пускового давления

При пуске скважины на пласт создается нарастающая вО времени репрессия давления, достигающая значения Ap-Ahpg, где р-плотность скважинной жидкости; g - ускорение свободного падения. Под дейстрием этой репрессии происходит поглощение жидкости пластом с расходом, который определяется продолжительностью продавки (темпом подачи газа), упругими процессами перераспределения давления в пласте и состоянием призабойной зоны (коэффициентом продуктивности). Если при-забойная зона загрязнена, то в пласт уходит очень мало жидкости. Пренебрегая потерями давления на гидравлическое трение, можно записать при условии у башмака подъемных труб пусковое давление

Pn = ih + Ah)pg. (8.2)

Неизвестное повышение уровня Ah можно оценить нз уравнения баланса объемов жидкости» вытесненной из кольцевого пространства Vk, перемещенной в сообщаемые с атмосферой трубное н затрубное пространства и ушедшей в пласт Упл:

Vn = Vr + V. (8.3)

откуда

V, = 7к-пл = Ук (1-) = Ук (1 - 1)погл).

(8.4)

где <3norn=Vnn/yK - коэффициент, характеризующий поглощение жидкости пластом (доля поглощенной жидкости от всей вытесненной). Так как Vt= {Рг+Рз)Ак, Ук=Рк1г, то уравнение (8.4) запишем

(,--а)ЛА=-к/1(1-огл), (8.5)

A/i = /i(l-SW»)

откуда

где F,, Fk, Fa - площади поперечного сечения соответственно трубного, кольцевого и затрубного пространств. Тогда пусковое давление

Pn=hpgh+ (1-Я>погл)

L rj + ta А

(8.1)

-коэффициент, определяемый

где тп=1+(1 -1>п<>гл) „

соотношением площадей сечений и долей поглощенной жидкости. При центральной системе подачи газа в формуле (8.7) величины Fk н Ft следует поменять местами, а для однорядного подъемника принимают з=0. В формуле (8.7) часто записывают площади, выраженные через диаметры труб. Для однорядного подъемника неучет толщины стенки труб вносит погрешность менее 5 %.

Из анализа формул (8.7) следует: а) при фпогл>0, т. е. при частичном поглощении жидкости пластом, р„ меньше, чем при отсутствии поглощения (фпогл=0); б) при фпогл=0 определяем р„ с расчетным запасом (в зависимости от соотношения площадей наиболее употребляемых труб величина т„ может изменяться от до 8,49, причем большие значения соответствуют однорядному подъемнику кольцевой системы, средние-двухрядному и наименьшие - однорядному центральной системы); в) при фпогл-»-! (полное поглощение) irhpg (приблизиться к этому можно при очень медленных темпах подачи газа и соответственно большой продолжительности процесса продавки).

Продолжительность процесса продавки можно оценить отношением объема кольцевого пространства Vk=PkL к расходу закачиваемого газа, пр1веденному по уравнению Менделеева - Клайперона к давлению и температуре в скважине. В литературе имеются более точные уравнения, описывающие изменение давления закачиваемого газаво времени с учетом поглощения жидкости пластом.

Если при пуске уровень жидкости в подъемных трубах достигнет устья раньше, чем газ подойдет к башмаку подъемных труб, и начнется перелив жидкости с противодавлением на устье Р2 = Рл (например, в нефтесборную линию), то максимально возможное пусковое давление (при h+Ah=L) запишется

Pnmax=Lpg + Pt, (8.8)

Таким образом, всегда РпРптах-

§ 8.4. МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ПУСКОВОГО ДАВЛЕНИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТ УСТАНОВКИ ПУСКОВЫХ ОТВЕРСТИИ

Так как всегда р„>рр, то для пулка скважин необходимо иметь источник газа высокого давления в виде либо передвижного компрессора (аналогично как при освоении скважин), либо дополнительной газовой линии, рассчитанной на пусковое давление. Однако пусковое давление может быть очень высоким (до 30-50 МПа в глубоких скважинах). Создание таких давлений затруднительно из-за отсутствия компрессоров высокого давления, больших затрат на строительство газовой линии высокого давления, поэтому наиболее разумна применить методы снижения пускового давления. Анализируя процесс пуска и формулу пускового давления, можно назвать несколько методов, рассмотренных ниже.

Переключение на центральную систему

Пусковое давление при центральной системе меньшее, чем при кольцевой системе подъемника такой же конструкции. Величина Рп при однорядной конструкции снижается в 7,5 раз, при двухрядной - на 11 %. Поэтому зачастую пуск осуществляют при центральной системе, а затем для работы проводят обратное переключение на кольцевую систему.

Продавка жидкости в пласт

Выше показано, что при пуске на пласт создается репрессия давления, которая обусловливает поглощение жидкости пластом. При поддерживании репрессии, можно обеспечить про-давку в пласт большей части жидкости. Как показано на рис. 8.2, прн этом давление рко. создаваемое компрессором, должно превышать статическое давление у башмака подъемных труб pKb>hpg. Ускорить процесс продавки жидкости в пласт и несколько уменьшить требуемое давление рко можно путем последующего закрытия задвижки на кольцевом пространстве 2..6

й ПоДачи Газа в трубное и Затрубное пространстба, гДё уройенЬ до этого повысился. Этим можно увеличить репрессию почти в 2 раза. Иногда целесообразно провести затем разрядку давления газа в скважине и снова аналогично повторить процесс продавки. Однако это очень длинный процесс.

Применение пусковых отверстий

Более быстро можно осуществить процесс с применением пусковых отверстий. Сущность метода заключается в том, что в подъемных трубах предварительно сверлят, так называемые, пусковые отверстия на определенных расстояниях от устья и между собой. При закачке газа в кольцевое пространство уровень снижается до первого отверстия и часть газа через него поступает в подъемные трубы. В трубах образуется газожидкостная смесь, уровень ее повышается и жидкость частично выбрасывается из скважины. Через отверстие в трубы поступает только часть закачиваемого газа, поэтому давление газа в кольцевом пространстве остается высоким. В трубах по мере выброса жидкости давление на уровне отверстия уменьшается. Поэтому равенство давлений в трубах и кольцевом пространстве восстанавливается дальнейшим снижением уровня жидкости в кольцевом пространстве до второго отверстия. Это снижение уровня зависит от рко и плотности газожидкостной смеси в трубах (расхода перетекающего в трубы газа). Если давление в трубах снизится ниже рпл, то будет отмечаться приток жидкости из пласта в скважину. Тогда вместо барботажа в скважине будет осуществляться обычное лифтирование. При поступлении газа через второе отверстие процесс снижения давления и уровня жидкости повторится. Причем снижение уровня замедляется, так как часть газа уходит в трубы через первое отверстие. Таким образом, уровень жидкости можно снизить до башмака подъемных труб, после чего газлифт перейдет на нормальную работу. Недостатки этого метода (повышенный расход газа и уменьшение коэффициента полезного действия на 10%) исключили его практическое применение.

Определение мест установки пусковых отверстий

Определение мест установки пусковых отверстий сводится к следующему. Снижение уровня жидкости до первого отверстия происходит при балансе давлений

Рко = Рп + Pi, (8.9)

где Рко -устьевое давление газа, развиваемое компрессором; pn = rn„L\pg - достигнутое пусковое давление (см. § 8.3); L\ - снижение уровня жидкости в кольцевом пространстве 9 в. с. Бойко 257

Нияе статического уройня (аналогично А в § 8.3); рг - ПротИВб-давление на линии выброса жидкости. Тогда из уравнения (8.9) находим

и = (Рко- pi)l{tnni>e). (8.10)

Если расстояние от устья до статического уровня ftc/=i, где Нст=Н-Нст, Я -глубина скважины, то расстояние от устья до первого отверстия аналогично формуле (8.8) будет равно

При hcr>Li, имеем

1 = (рко-Pa)/(pg)-

(8.11)

Li = hc + Li. (8.12)

На уровне второго отверстия установится равенство давления в кольцевом пространстве р„о и давления в подъемных трубах, создаваемого суммой давления газожидкостной смеси от устья до первого отверстия ртр(1) и гидростатического давления столба негазированной жидкости высотой L2 от первого до второго отверстия Рст(1):

Рко = Ртр (1) + Рст (1) = Ртр (1) + Lg, (8.13)

откуда расстояние между первым и вторым отверстиями

(8.14)

l Рко - Ртр (1)

Расстояние от устья до второго отверстия

Li = Li + L2. (8.15)

Аналогично рассчитываем для третьего и последующих отверстий. С увеличением глубины расстояния между отверстиями уменьшаются: Li>U>W>.. .U. Для гарантированного пуска скважины, т. е. для создания движения газа через отверстие (при равенстве давлений в трубах и кольцевом пространстве движения газа не будет), расчетные Ц несколько уменьшают или фактическое число отверстий принимают на 10- 15 % больше расчетного.

Трудности возникают при расчете давления в трубах на уровне любого отверстия Ртр(,). Оно вычисляется по формулам работы газожидкостного подъемника на режиме нулевой пог дачи. Для этого необходимо знать расход газа, который определяется по формуле расхода при истечении газа через отверстие. Скорость истечения газа через отверстие принимается равной скорости звука, тогда отношение давлений в кольцевом пространстве и трубах равно критическому. Отсюда определяют диаметр отверстия, затем расход газа через отверстие и по нему ртро). Для упрощения расчетов используются графики. 258

Методика расчета расстановки пусковых отверстий в более точной постановке должна учитывать начальный перелив жидкости, поглощение жидкости пластом при рз>Рпл и приток в скважину при Рз<Рпл-

Разработано много других практических приемов преодоления трудностей, связанных с возникновением высоких пусковых давлений (последовательный допуск труб, предварительное понижение уровня жидкости в скважине путем поршневания или тартания желонкой и др.). Выбор того или другого метода должен определяться конкретными условиями и возможностями располагаемой техники.

Использование пусковых газлифтных клапанов

Современный основной метод снижения пусковых давлений - применение пусковых газлифтных клапанов. Главная особенность работы клапанов в отличие от отверстий заключается в том, что в момент поступления газа в подъемные трубы через каждый последующий клапан закрывается предыдущий. При работе скважины на заданном технологическом режиме газ подается в подъемные трубы через нижний рабочий газлифтный клапан (или башмак НК.Т, рабочую муфту) при закрытых верхних пусковых клапанах. Возможность установки газлифтных клапанов вместо пусковых отверстий имеется то.иько при однорядной конструкций подъемника.

§ 8.5. ГАЗЛИФТНЫЕ КЛАПАНЫ, ИХ РАСЧЕТЫ И ТАРИРОВКА

Классификация газлифтных клапанов

В настоящее время известно много различных типов газлифтных клапанов. Их классифицируют по различным признакам.

1. По назначению различают пусковые и рабочие клапаны. Первые применяют для пуска газлифтных и освоения фонтанных скважин. Рабочие клапаны служат для подачи газа при нормальной работе, оптимизации режима работы скважины путем ступенчатого изменения глубины ввода газа в НКТ и периодической подачи газа в НКТ при периодической газлифтной эксплуатации.

2. По способу крепления к НКТ имеются клапаны: а) наружные (стационарные), которые крепят на колонне НКТ снаружи и для их замены или регулировки извлекают из скважины всю колонну НКТ (рис. 8.3 а, в, г); б) внутренние (съемные)-крепят внутри скважинных газлифтных камер, имеющих эллиптическое сечение (рис. 8.3, б); извлекают и устанавли-9* 259