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

работы газлифтной скважины; е) аналогично повторяются определения для других диаметров НКТ; ж) выбираются условия работы скважины, например, такие, которые соответствуют наименьшему значению ?озак. Если газлифтных скважин много, то составляется таблица зависимости диаметра НКТ от дебита скважины.

§ 8.9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРИВЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА РАБОЧЕГО И ПУСКОВЫХ ГАЗЛИФТНЫХ КЛАПАНОВ

Эта методика по сравнению с аналитическим расчетом позволяет учесть большее количество факторов, влияющих на размещение клапанов.

Для этого необходимо иметь: а) номограмму (см. рис. 8.5) распределения давления p{z) для условий данной скважины; б) кальку с нанесенными осями давления и глубины в том же масштабе, что и на номограмме p{z). Для лучшего понимания методики выделим отдельные расчеты.

Предварительные определения и построения

На кальке наносят глубину скважины Я, давления рал, Рз, Р2, рабочее давление газа р кольцевом пространстве на устье скважины Рко и температуру на устье Гг, проведя ось температур (рис. 8.6).

Из точки Рпл проводят прямую 1 распределения гидростатического давления в неработающей скважине, уклон которой определяется плотностью жидкости. Пересечение прямой 1 с осью глубин указывает расстояние от устья до статического уровня

Из точки Рз проводят кривую 2 распределения давления от забоя вверх по колонне НКТ или по обсадной колонне (если трубы спущены практически только до глубины установки рабочего клапана), для чего, совмещая кальку с номограммой, накладывают точку Рз на кривую p(z) с ?о=Сэф. Также из точки Рз проводят кривую 3 гидродинамического давления потока негазированной жидкости (кривая с параметром i?o = 0). Уклон ее отличается от уклона прямой 1 на значение градиента давления на трение.

Из точки Рг проводят кривую 4 минимального градиента давления (У?о=гпах), для чего накладывают точку рг на кривую p(z) с/?о=гпах (левая огибающая кривая) при совпадении осей глубин на кальке и номограмме.

Из точки Гг проводят кривую 5 изменения температуры по стволу сквал<ины (см. § 6.5).

Р} Рпл

Рис. 8.6. Графический расчет глубины установки газлифтных клапанов

Из точки р„о проводят кривую 6 (можно ограничиться прямой) изменения давления газа в кольцевом (затрубном) пространстве по барометрической формуле

0,03415Рг2

Рк(2) = ркое "«Р (8-51)

где -относительная плотность газа (по воздуху); Гер -средняя температура газа (для ее расчета используется кривая 5 распределения температуры по стволу); 2г - средний коэффициент сверхсжимаемости газа при средних давлении и температуре, определяемых методом последовательных приближении.

От принципа действия пусковых клапанов несколько зависит процесс пуска скважины. Рассмотрим процесс пуска с использо-

ванием наиболее распространенных сильфонных клапанов, управляемых давлением газа в кольцевом пространстве (см. рис. 8.3, а или б). Их особенность заключается в том, что после Начала подачи газа в кольцевое пространство все клапаны в скважине открываются. На линии газоподачи у устья скважины или в газораспределительной будке устанавливают регулируемый штуцер. По мере ввода газа через последующий клапан для того, чтобы предыдущие (вышележащие) клапаны оставались закрытыми, давление газа в кольцевом пространстве ступенчато снижают. Давление открытия последующего клапана меньше давления открытия каждого предыдущего (вышележащего) .

Расчет клапанов включает определение глубины их установки, расхода газа через каждый клапан, диаметра отверстия седла клапана, типоразмеров и параметров тарировки.

Расчет первого верхнего пускового клапана

Расчет глубины установки первого клапана Li целесообразнее выполнять аналитическим методом по формуле (8.11) или (8.12) для глубины установки первого пускового отверстия. Величину Li можно установить также графически. Для этого определяют расстояние от устья до приведенного уровня жидкости в НКТ после подачи газа в кольцевое пространство

/1нр = (Л;т+11)-Л1, (8.52)

где Li -снижение уровня жидкости в кольцевом пространстве ниже статического уровня, определяемое из формулы пускового давления (8.10); /ii= (Рко-р2)/(рй) - повышение уровня жидкости в НКТ Над сниженным уровнем в кольцевом пространстве.

При пуске скважины забойное давление сначала больше Рпл, а затем меньше, т. е. отмечаются поглощение жидкости пластом и приток из пласта, что вносит изменения в размещение клапанов. Если пуск осуществляется подачей газа от компрессорной станции, то допустимо принять отсутствие поглощения при расчете hnx> (при большом расходе газа продавка уровня кратко-временна и за это время пласт поглощает очень малый объем жидкости). Поглощение обусловливает увеличение значения Li. Отметим, что приток также учитывается с запасом, поскольку расход газа через каждый клапан ниже рассчитывается по дебиту скважины при нормальной работе. Если /inp<0, то происходит перелив жидкости. Величина Li определяется как глубина, соответствующая положению точки пересечения прямой 7, проведенной из точки (рг; 0) параллельно прямой 1, с кривой, отстоящей от кривой 6 на величину Ар1(л0,3 МПа (см. рис. 8.6). Начальный перепад давления Аркл обеспечивает воз-274

можность поступления газа из кольцевого Пространства в НКТ, определяется глубиной установки клапана и принимается ориентировочно. Если /inp>0 (перелив жидкости отсутствует),то уровень в НКТ находится ниже устья и построение прямой 7 начинают тогда не из точки (рг; 0), а из точки (рг; /inp).

Построив горизонталь на уровне Li, в точках пересечения ее с линиями 4 и 6 определяют Давление газа в кольцевом пространстве На уровне первого клапана p„ и минимальное давление смеси в- колонне НКТ на этом же уровне (см. рис. 8.6). По ближайшей снизу от точки давления p?J,2, кривой, отходящей от кривой минимального градиента, устанавливают удельный расход газа ?oi (см. рис. 8.6, кривая i?oi)-Тогда минимальный расход газа через первый пусковой клапан (для достижения минимального градиента давления в колонне НКТ выше этого клапана)

Vol = (8-53)

где Q - дебит скважины по жидкости при нормальной работе.

Температуру газа в затрубном пространстве на уровне первого клапана Топределяют в точке пересечения горизонтали

Li с кривой 5.

Диаметр отверстия седла клапана dci либо вычисляют с использованием формулы политропического истечения идеального газа через штуцер, либо находят по номограмме. За давление На входе принимается pj, а на выходе рр£. Номограмма построена для газа с относительной плотностью рг по воздуху, равной 0,65, при температуре Т, равной 288,8 К. Для других условий при расчете диаметра расход газа Voi умножают на поправочный коэффициент

/„ = 0,0731

(8.54)

По диаметру отверстия седла выбирают типоразмер клапана, принимая клапан с ближайшим большим отверстием седла. Определяют тарировочные параметры клапана:

давление в его сильфоне (давление закрытия) на глубине установки клапана, найденной из формулы (8.17), по уравнению:

PkL.+ P."pLk1 .

(8.55)

Температурный коэффициент Кп по температуре Tl,; давление зарядки сильфона Рсн. по>формуле (8.26) и номинальное Давление тарировки рном1 по формуле (8.24).

Расчет второго пускового клапана

Глубину установки второго клапана L2 определяют ординатой точки пересечения прямой 8, проведенной из точки pJ параллельно кривой 3, с кривой, отстоящей от кривой 6 на удалении вдоль абсциссы Др2 = Лр„л+Э1, где 3ii = 0,l МПа -принимаемое априорно снижение давления газа в затрубном пространстве на устье, предотвращающее открытие первого клапана в момент поступления газа через второй клапан, приблизительно равное так называемому трубному эффекту первого клапана Э,. (3,3,).

В момент поступления газа через второй клапан в НКТ устанавливается профиль давления, соответствующий пунктирной кривой 9. Для ее построения, наложив кальку на номограмму и обеспечив параллельность осей, перемещением кальки добиваются того, чтобы точка рг лежала иа кривой 4 номограммы, а одна из линий с некоторым Ro проходила через точку [рлц - Дрг). По точке пересечения кривой 9 с горизонталью Li находим давление pfpt,, которое устанавливается в трубах на уровне первого клапана в момент подачи газа через второй клапан. Тогда трубный эффект первого клапана рассчитывают по формуле

э,={р?рг~р%г)/к.„ (8.56)

где /(к1 - коэффициент клапана (первого). Отсюда видно, что для определения 3i необходимо знать L2 и наоборот. Поэтому в силу такой неопределенности задаются перепадом давления на втором клапане Др2 заведомо большим Эх. Тем самым предотвращается открытие первого клапана и обеспечивается возможность поступления газа из кольцевого пространства в НКТ через второй клапан. Обычно трубный эффект пусковых газлифтных клапанов редко превышает 0,1 МПа. Необходимость учета трубного эффекта объясняется следующим. При поступлении газа через первый клапан жидкость выбрасывается из НКТ и градиент давления смеси в трубах уменьшается от максимального значения (прямая 7) до минимального (кривая 4). Перепад давления на клапане увеличивается от Лркл до (ркь, -рГр",)- Соответственно увеличивается расход газа до максимального значения Vol и уменьшается давление газа в кольцевом пространстве до давления закрытия первого клапана. Клапан закрывается. Уменьшение давления газа в кольцевом пространстве достигается тем, что газ подается через регулируемый штуцер, установленный у устья или на газораспределительном пункте.

После закрытия первого клапана давление газа в кольцевом пространстве увеличивается, уровень жидкости там снижается. Давление открытия второго клапана задается меньшим давле-276

мия открытия первого клапана, и второй клапан открывается. Газ начинает поступать через второй клапан и устанавливается градиент давления, соответствующий кривой 9. В это время на уровне первого клапана давление повышается от р"р£, До РтрТ,, что может привести к открытию первого клапана. Для того, чтобы первый клапан был закрыт при подаче газа через второй, давление закачиваемого газа снижают на величину трубного эффекта первого клапана.

Аналогично расчету первого клапана определяют остальные параметры: PkLj, ppu, Ro-i, 02, Тц, dc2, Рсг, К12, Рснг, Рномг. причем за давление на входе в клапан (давление открытия) принимается значение (pKt-i)-

Расчет следующих пусковых и рабочего газлифтных клапанов

Расчеты следующих пусковых клапанов выполняются аналогично. За давление на входе в я-й клапан принимается значение

Рк/.„ - 2-Э,- • Расчет выполняют до тех пор, пока глубина

установки п-го пускового клапана не превысит глубину установки рабочего клапана Lp. Расчет прекращают на (п-1)-м пусковом клапане.

Минимальная глубина установки рабочего клапана Lp min определяется ординатой точки пересечения кривых 2 и 4, а максимальная глубина установки рабочего клапана Lp max -ординатой точки пересечения кривой 4 с кривой, проведенной параллельно кривой 6 на удалении вдоль абсциссы Арп -Pkl,- п-1

- Аркл - 2 Э1. Если глубина Lp не рассчитана из условий оп-

тимального режима (см. § 8.8), то при наличии достаточно большого давления закачки газа с целью уменьшения удельного расхода глубину установки рабочего клапана можно принять Lp max.

Рабочее давление закачки газа принимают ниже давления закрытия пусковых клапанов, приведенного к устью скважины.

Расчет выполнен для случая, когда газ подается из рабочей газовой линии. Если рабочее давление меньше принятого рко, то максимальная глубина установки рабочего клапана определяется пересечением линии этого давления в скважине с кривой 2. Для пуска скважины при рабочем давлении требуется установка большего числа пусковых клапанов, однако отпадает необходимость в строительстве пусковых газопроводов или применения пусковых компрессоров.

Учет Лркл и Э1 приводит к увеличению числа пусковых клапанов (приблизительно на 10 \), что обеспечивает надежность системы пуска.