Бойко B.C. Розробка та експлуатація нафтових родовищ

Подождите немного. Документ загружается.

Протискування рідини в

пласт

Раніше було показано, що під час пуску створюється репресія

тиску, яка зумовлює поглинання рідини пластом. Підтримуванням

репресії тиску протягом тривалого часу можна забезпечити протис-

кування в пласт більшої частини рідини. На

рис.

8.2 показано, що при

цьому тиск рко, який створюється компресором, має перевищувати

статичний тиск біля башмака піднімальних труб

(hpg),

тобто/>,$ > hpg.

Прискорити процес протискування рідини в пласт

дещо зменшити

потрібний тиск /?

о можна після запомповування газу в кільцевий

простір, здійснивши наступне закривання засувки на кільцевому прос-

торі і подавання газу в трубний і затрубний простори, де рівень до

цього підвищився. Цим можна збільшити репресію тиску на пласт

майже вдвічі. Іноді доцільно потім ще розрядити тиск газу у сверд-

ловині і знову аналогічно повторити процес протискування. Проте це є

дуже тривалий процес.

Застосування пускових отворів

Швидше такий процес можна реалізувати, якщо застосувати

пускові отвори. Суть методу полягає в тому, що в піднімальних трубах

(в їх муфтах) попередньо свердлять так звані пускові отвори на певних

відстанях від гирла

між собою.

Під час запомповування газу в кільцевий простір рівень рідини зни-

жується до першого отвору (відраховується від гирла) і частина газу

через нього надходить у піднімальні труби. У трубах утворюється

газорідинна суміш, рівень її підвищується і рідина частково вики-

дається із свердловини. Через отвір у труби надходить лише

часі ина

запомповуваного газу, внаслідок цього тиск газу в кільцевому просторі

залишається високим. У трубах у міру викидання рідини тиск на рівні

першого отвору зменшується. Тому рівність тисків у трубах і в

401

кільцевому просторі відновлюється подальшим зниженням рівня

рідини в кільцевому просторі до другого отвору. Це зниження рівня

залежить від величини тиску

p^Q

і густини газорідинної суміші в

трубах (витрати газу, який перетікає в труби).

Якщо тиск у трубах стане меншим за пластовий тискр

, то рідина

припливатиме з пласта у свердловину. Тоді замість барботажу у

свердловині відбуватиметься звичайне ліфтування.

Після початку надходження газу через другий отвір процес

зниження тиску і рівня рідини повториться. Причому зниження рівня

уповільнюється, оскільки частина газу виходить у труби через перший

(верхній) отвір.

Таким чином, рівень рідини можна знизити до башмака підні-

мальних

труб,

після чого газліфт перейде на нормальну роботу.

Недоліки цього методу - підвищена витрата газу і зменшення ККД

на 10%, оскільки частина газу перетікає в НКТ через пускові отвори і

не виконує піднімальної роботи в нижній частині НКТ. Це виключило

практичне застосування пускових отворів.

Визначення місць

встановлення пускових отворів

Визначення місць встановлення пускових отворів зводиться до

такого. Рівень рідини знижується до першого (верхнього) отвору в разі

балансу тисків:

РуЯ=Рп+Рг, (8.9)

Ао - гирловий тиск, який забезпечується компресором; р

досягнутий пусковий тиск (див. § 8.3), p

= m

L\ pg; L'\ - зниження

рівня рідини в кільцевому просторі нижче статичного рівня

(аналогічно

8.3);

/?2

- протитиск у лінії викидання рідини.

402

Тоді з рівняння (8.9) знаходимо:

Ц =

Рк0

Р2

. (8.10)

m„pg

Якщо відстань від гирла свердловини до статичного рівня рідини

A'CT^L'I,

TO відстань від гирла до першого отвору (свердловини

низьким статичним рівнем)

h'^L\,

(8.11)

де А'

ст

- відстань від гирла свердловини до статичного рівня (глибина

статичного

рівня),

=H-

;

Я- глибина свердловини.

Якщо h'„<L'\ (свердловина

високим статичним рівнем), то під

час пуску рідина переливається

на

гирлі

до

моменту досягнення

рівнем

міжтрубному просторі місця встановлення першого

пускового отвору. Тоді аналогічно формулі (8.8) відстань від гирла до

першого отвору

PKD

. (8.12)

На рівні другого (від верху) отвору встановиться рівність тисків

кільцевому просторі

/>ко

і в піднімальних трубах. Тиск у піднімальних

трубах дорівнює сумі тиску газорідинної суміші від гирла до першого

отвору

Ртр(\)

гідростатичного тиску стовпа негазованої рідини

висотою

від

першого

до

другого отвору

РСЇ(І).

Тоді можна записати

Р*а=Ртр(\)

Рст(1)=Ртр(\)

'2Р£'

(

8ЛЗ

)

звідки відстань між першим

другим отворами

ло-^0.

(8Л4)

403

Відстань від гирла

до

другого отвору

+L'

(8.15)

Аналогічно розраховуємо відстані від гирла до третього і наступних

отворів. Зі збільшенням глибини відстані між отворами зменшуються:

L\>L'i>L\>...>L'i.

Для гарантованого пуску свердловини, тобто для створення руху

газу через кожний отвір (за рівності тисків у трубах і в кільцевому

просторі газ не рухатиметься), розрахункові значини L'\ дещо

зменшують або фактичну кількість отворів беруть на 10-15% більшою

розрахункової.

Труднощі виникають у розрахунку тиску в трубах на рівні будь-

якого отвору /?тр(і). Цей тиск відповідає тиску біля башмака

піднімальних труб під час роботи газорідинного піднімача на режимі

нульового подавання. Розрахунок виконують у такій послідовності.

Припускають, що швидкість витікання газу через отвір дорівнює

швидкості звуку, а це спостерігається тоді, коли відношення тисків у

кільцевому просторі і в трубах дорівнює критичному. Тоді з формули

критичного режиму витікання газу через отвір визначають діаметр

отвору, потім витрату газу через отвір і, знаючи витрату газу,

визначають тиск газорідинної суміші р^ на режимі нульового

подавання піднімача з формули витрати газу. Для спрощення

обчислень запропоновано графічні залежності.

Методика розрахунку розміщення пускових отворів у більш точній

постановці має враховувати початкове переливання рідини,

поглинання рідини пластом за/?

>р

і приплив рідини у свердловину

із пласта зар

<р

404

Використання пускових газліфтних клапанів

Розглянуті методи зниження пускового тиску або

трудомісткі, або довготривалі, або призводять до зменшення

ККД піднімача. Розроблено також багато інших практичних

прийомів подолання труднощів, пов'язаних із виникненням

високих пускових тисків, зокрема послідовне допускання труб,

попереднє зниження рівня рідини у свердловині шляхом

поршнювання чи тартання желонкою тощо. Але всі ці прийоми

можна використовувати в окремих або в особливих випадках

залежно від конкретних умов і можливостей наявного

технічного оснащення.

Сучасний основний метод зниження пускових тисків -

застосування пускових газліфтних клапанів, розміщених вздовж

піднімальної колони труб. Головна особливість роботи клапанів

на відміну від отворів полягає в тому, що в момент надходження

газу в піднімальні труби через кожний наступний клапан

закривається попередній.

Під час роботи свердловини на заданому технологічному

режимі газ подається в піднімальні труби через нижній робочий

газліфтний клапан (або через башмак НКТ чи робочу муфту) за

закритих верхніх пускових клапанів.

Газліфтні пускові та робочі клапани можна застосовувати

лише за наявності однорядного піднімача, коли є достатній

поперечний розмір затрубного (міжтрубного) простору для

розміщення клапанів.

405

§ 8.5 Газліфтні

клапани,

їх

розрахунки

тарування

Класифікація газліфтних клапанів

Відомо багато різних типів газліфтних клапанів. їх класифікують за

такими ознаками:

За

призначенням

розрізняють пускові та робочі

клапани.

Перші

використовують для пуску газліфтних і освоєння фонтанних сверд-

ловин. Робочі клапани призначені для подавання газу під час нор-

мальної роботи, оптимізації режиму роботи свердловини шляхом

ступінчастої зміни глибини введення газу в НКТ і періодичного

подавання газу в НКТ під час періодичної газліфтної експлуатації.

За

способом кріплення

до НКТ розрізняють клапани:

а) зовнішні (стаціонарні), які кріплять на колоні НКТ ззовні і для їх

заміни або регулювання витягують із свердловини всю колону НКТ

(рис.

8.3,

а,

в,

г);

б) внутрішні (знімні) - прикріплюють усередині завчасно встанов-

лених в НКТ свердловинних газліфтних камер, які мають еліптичний

переріз (рис. 8.3,

б);

витягують із цих камер і встановлюють внутрішні

клапани в них за допомогою так званої канатної техніки.

За

принципом

дії виділяють клапани:

а)

керовані тиском

або газу

затрубному просторі

(див.

рис.

8.3,

а,

б),

або рідини в НКТ

(див.

рис.

8.3,

в);

б)

диференціальні,

які відкриваються і закриваються залежно від

перепаду тиску між затрубним простором і НКТ на рівні клапана

(див.

рис.

8.3,

г).

За конструктивним виконанням розрізняють клапани

сильфонні (див. рис. 8.3, а-в), пружинні (див. рис. 8.3,

г) та комбіновані. Сильфонні клапани працюють або під дією тиску

в кільцевому (затрубному) просторі р

(див. рис. 8.3, а, б),

406

або під дією тиску в трубах p

(див. рис. 8.3, в). їх відмітним

елементом є сильфонна камера, яку заряджено (заповнено) азотом до

тиску р

. Оскільки тиск р

підвищений, то клапан є нормально

закритий. Гофрована стінка сильфона забезпечує переміщення штока з

клапанною головкою.

Відомо також клапани інших типів. Нині на промислах

використовують сильфонні газліфтні клапани, які керуються тиском

газу.

Розрахунок

тарування сильфонного

клапана,

який

керується

тиском газу

У сильфонному клапані, який керується тиском газу в кільцевому

просторі (див. рис. 8.3, б), на сильфон

завжди діє

тиск/?

Розрахунок

клапана зводиться до такого. У випадку закритого клапана на площу

сильфона

Ус

Діє з одного боку тиск газу у затрубному просторі р

, а з

іншого - тиск азоту у сильфоні р

; на площу клапана/^ - аналогічно

тиск у трубах pjp і тиск р

. Зіставляючи діючі сили, записуємо умову

відкривання

клапана:

Ртр/к+РкЛ^Рк/кл+РоЛ- (8.16)

Звідси тиск

відкривання клапана

(тиск газу в затрубному просторі):

Рквід^Рскс-Ртркк (8.17)

де #c=

/(fc-fiai)

~ конструктивний коефіцієнт сильфона;

кк

/т/{Л-/кп) ~ конструктивний коефіцієнт клапана, причому

*с =/с/(/с-/юО = (Л-/кл

+/«д/Л-Лп

= 1 +/кл/(/с-/юО = 1 + **•

407

я\-

№

Рисунок 8.3 - Схеми газліфтних клапанів: ] - сильфонна камера; 2 - шток;

З - отвір для введення газу в сильфонний клапан і газліфтну

камеру; 4 - клапан; 5 - штуцерний отвір; 6 — сальник;

7 - свердловинна газліфтна камера; 8 - основний (верхній)

штуцер; 9 - отвір для введення газу в пружинний клапан;

10 - шток із двома (верхньою і нижньою) клапанними голо-

вками; 11 - пружина; 12 - допоміжний (нижній) штуцер;

13 - гайка; 14 - насосно-компресорні труби; 15 - експлуата-

ційна колона

У випадку відкритого клапана діють тиски р

тільки на площу

сильфона. Клапан перебуває в середовищі газу під тиском р

перед

штуцерним отвором 5.

Тоді

умова

закривання клапана

набуває вигляду:

Рс^Рк

(8.18)

Тиск закривання клапана

(тиск газу в кільцевому просторі)

Ркзакр

Рс. (8-19)

Зіставимо тискирквідкр ір

кзакр

, обравши у співвідношеннях (8.17) і

(8.19) знак рівності. Для цього, підставивши р

із рівності (8.19) у

рівність

(8.17),

дістанемо:

.Рквід

Лзакр^с

Ртр^к~'.Ркзакрі' '

к)~Ртр^к

~Рк закр ' "к\Ркзакр~Ртр)- (о.Л))

408

Тоді різниця тиску, який відкриває клапан, і тиску, який закриває

його,

ЛРкл

~РКВІД

~Ркзакр ~ к

ІРк закр

-РФ)-

(8.21)

Для клапанів діаметр штуцерного отвору 5 дорівнює

3...12

мм, а

коефіцієнт клапана к

= 0,033...0,342. Дійсна значина к

порівняно з

розрахунковою, визначеною вище, без урахування сил тертя в клапані

під час руху газу, менша на 6-7%.

Із рівняння (8.21) випливає, що

в\д

Ркзщ>,

оскільки к

>0,

PK3ZKP>PTV,

зміною тиску газу р

в затрубному просторі можна

відкривати чи закривати клапан. Тобто, з моменту початку подавання

і^азу в затрубний простір усі клапани відкриваються (тиск/>

високий).

Після надходження газу через будь-який клапан тиск

р-^

зменшується

(утворюється газорідинна суміш у трубах з переливанням через

викид), перепад тиску газу на цьому клапані збільшується, витрата

газу через цей клапан зростає, тиск газу р

в затрубному просторі

знижується

клапан закривається.

Надійність роботи клапана в умовах свердловини залежить від його

зарядки азотом і наступного тарування.

Тарування клапана

виконують

на тарувальному стенді за температури 20 С і якогось тиску у

сильфоні р

. На клапан діє атмосферний тиск (клапан нормально

закритий), а для дії на сильфон 1 усередині клапана створюється

номінальний тиск тарування

и0

ч,

тобто зовнішній тиск, за якого

клапан відкривається в лабораторних умовах з нормальною (20 С)

температурою (аналог/?

КВ

щ). Тоді згідно із законом Шарля в сильфоні

за температури Ту місці встановлення клапана тиск азоту

Pc=PmTZZ

(

)

409

звідки тиск зарядки сильфона за нормальної температури (20 С)

P<u=pJK (8-23)

де k

7V 293 -температурний коефіцієнт.

Для умов тарування аналогічно рівності (8.17) за надлишкового

тиску

ртр =

0 записуємо потрібний номінальний тиск тарування:

Ршм=Рснкс=^~. (8.24)

Виражаючи добуток (р

кс) із рівності (8.17), записуємо

номінальний тиск тарування:

_ ^квід+Ртр^к

Рном : (O.Z5)

і з урахуванням рівняння (8.24) тиск азоту в сильфоні за умов

тарування

Рк від "*"

Ртр ^к

к^к

(8.26)

Таким чином, розрахувавши попередньо з інших міркувань р

щ,

Ртр,

kt і

знаючи

kg,

кс

для вибраного клапана, в лабораторії заповнюємо

сильфон азотом до тиску

ся

випробовуємо на номінальний тискр

ном

Розрахунок сильфонного

клапана,

який

керується тиском суміші

трубах

У сильфонному клапані, який керується тиском газорідинної

суміші в піднімальних трубахр^

(див.

рис.

8.3,в),

на сильфон

завжди

діє тиск/j-rp. Тоді аналогічно можна записати умови і тиски відповідно

відкривання

закривання клапана:

РтрУс

+Рк/кл ^Pcfc+Pipfw, (8-27)

410