Юрчук А.М. Расчеты в добыче нефти

Подождите немного. Документ загружается.

для 89-мм подъемника …………………… 0,912

для 114-мм подъемника ………………….. 0,8

Для ускорения расчета диаметра подъемника можно пользоваться специальной

диаграммой (рис. 12). Для этого надо знать дебит скважины (Q в т/сутки, давление у

башмака р

в ат (забойное давление, если трубы спущены до верхних дыр фильтра) и

длину подъемника L в м. При построении этого графика приняты удельный вес нефти



= 0,9 и абсолютное давление на устье скважины p

= 2 ат.

Эта диаграмма состоит из двух частей: в правой части по оси абсцисс

находятся значения давления у башмака р

в ат, а в левой — дебит скважины в конце

фонтапиропания (Q в т/сутки. Для определения диаметра подъемника надо найти на

оси абсцисс правой части диаграммы точку, соответствующую значению p

, затем

провести из нее вертикаль вверх до пересечения с линией длины подъемных

(фонтанных) труб в м и одновременно провести вверх вертикаль из точки абсциссы

левой части диаграммы Q т/сутки.

Диаметр фонтанных труб определится пересечением с последней вертикалью

горизонтальной линии, проведенной из найденной точки пересечения вертикали

правой части с линией длины L (см. указанный на рисунке пунктирными линиями

ключ для решения этой задачи).

Диаметр подъемника, найденный по конечным условиям фонтанирования

скважины, надо проверить на максимальную пропускную способность по формуле

 

1,152

5.15,0

5,1

суткm

рpd

нн

макс







(ІІІ.6)

где p

1н

и р

2н

— соответственно давление у башмака и на устье сква жины в

начале фонтанирования.

В этой формуле неизвестной величиной является давление на устье р

2н

, которое

может быть определено из формулы

 

0123,0

5.0

начн

нн

рp





(ІІІ.7)

где G

нач

— начальный эффективный газовый фактор.

Значение р

2н

можно также найти из графика (рис. 13), но для этого надо

предварительно определить значение абсциссы

0123,0

5.0

нач



Если начальный дебит скважины окажется больше, чем полуленный по формуле

для Q

макс

, то подъемник, рассчитанный по конечным условиям фонтанирования, не

сможет пропустить более высокий начальный дебит. Тогда подъемник надо

рассчитывать по начальным условиям фонтанирования на режиме Q

макс

. Необходимый

диаметр подъемника определится по формуле.

.188.0

5,0

смQ

рp

нн









(ІІІ.8)

Подъемник диаметром, полученным по этой формуле, не будет работать с

максимальным к. п. д. в конце фонтанирования, а поэтому фонтанирование скважины

прекратится несколько раньше.

Принятый в результате расчета диаметр фонтанных труб надо проверить на

возможность спуска их в скважину, руководствуясь следующим соотношением между

диаметрами эксплуатационной колонны и фонтанных труб:

при 114-мм колонне d

не более 60 мм

при 141-мм колонне d

не более 73 мм

при 168-мм колонне d

не более 89 мм

при 219-мм колонне d

не более 114 мм

Рабочее давление у башмака подъемных труб, необходимое для; нормальной

работы воздушного подъемника, равно

1,0 ат

HLp

заб

нраб

















(ІІІ.9)

где



— относительный удельный вес нефти.

Расход газа (воздуха) при установившемся оптимальном режиме работы

подъемника

   

 

100777,0

5.15,1

5,0

5.2

чм

рpLрpd

раб

рабнраб

опт







(ІІІ.10)

где d — внутренний диаметр подъемных труб в см; L — длина подъемных труб в

м; р

— абсолютное давление на устье в ат.

2. Расчет компрессорного подъемника [32]

а. Расчет подъемника, работающего с ограниченным отбором жидкости.

Находят допускаемый отбор жидкости (дебит скважины):

рКQ



m/сутки, (ІІІ.11)

где К - коэффициент продуктивности скважины в т/сутки • ат;.



р — допускаемая

депрессия в ат.

Забойное давление при этом дебите

ррp

плзаб



ат. (ІІІ.12)

Длина подъемных труб обычно зависит от располагаемого рабочего давления

определяется по формуле

 

рp

см

заб







(ІІІ.13)

где Н — глубина скважины в м; р

— давление у башмака подъемных труб,

равное р

раб

=4 ат (р

раб

— рабочее давление, а 4 ат — средние потери напора на

движение газа от компрессора до башмака подъемных труб), в ат..

Диаметр подъемника в условиях работы его, на оптимальном режиме

определяется по формуле

d=0,188

 

см

ррL

рр

2121

10 







(ІІІ.14)

или по упрощенной формуле

 

см

6.0







(ІІІ.15)

где

 





10 



- относительное погружение подъемных трубпод динамический

уровень (здесь р

— давление на устье скважины в ат) ; (Q

— допускаемый дебит

скважины в т/сутки..

Если полученный по расчету диаметр труб окажется нестандартным, можно

взять ближайший меньший или ближайший больший стандартный диаметр (лучше

ближайший меньший) или применить двухступенчатый подъемник. Длину каждой

ступени находят так же, как и для фонтанного подъемника.

Оптимальный полный удельный расход газа (включая собственный газ

скважины) рассчитывают по формуле

 

 

 

тм

ppd

ppLL

пол

100123,0

5.0









(ІІІ.16)

или

 

тм

пол

10123,0

5.0







(ІІІ.17)

Удельный расход нагнетаемого газа

тм

GRR

полнаг

000



















(ІІІ.18)

Часовой расход нагнетаемого газа

тм

ннаг



(ІІІ.19)

Для ускорения и облегчения расчетов диаметр подъемника и удельный расход

рабочего агента могут быть определены по специальной номограмме А. П. Крылова

(рис. 14). Для этого надо знать дебит скважины Q, процент погружения подъемных

труб (относительное погружение



, умноженное на 100), абсолютное давление у

башмака подъемника р

и приведенный динамический уровень, который равен

 



10 



(ІІІ.20)

Для определения по номограмме диаметра подъемника от точки,

соответствующей проценту погружения подъемных труб h%, на оси ординат первого

квадранта проводим горизонталь вправо, а из точки дебита на оси абсцисс этого же

квадранта — вертикаль вверх. Точка пересечения этих линий определит диаметр

подъемника в условиях оптимального или максимального режима.

Для определения удельного расхода газа из точки, соответствующей проценту

погружения подъемных труб, проводим горизонталь влево до пересечения с линией,

соответствующей значению давления у башмака р

во втором квадранте, после чего

опускаем вертикаль до пересечения в третьем квадранте с линией hо (расстояние до

динамического уровня при оптимальном режиме) или с линией L (длина подъемника

при максимальном режиме).Далее от точки пересечения ведем горизонталь вправо до

линии в четвертом квадранте, соответствующей найденному диаметру подъемника.

Наконец, ведемвертикаль вверх до пересечения с осью абсцисс первого квадранта, на

которой находим необходимый полный удельный расход рабочего агента.

б. Расчет подъемника, работающего с неограниченным отбором жидкости.

Определяем полный удельный расход рабочего агента:

тсмGRR

нагпол

000



(ІІІ.21)

где - Р

онаг

— допустимый удельный расход нагнетаемого газа

(устанавливается с учетом технико-экономических соображений) в м

/т; Со —

газовый фактор (по нефти) в м

/т

.В условиях неограниченного отбора жидкости из скважины для получения

наименьшего давления на забое длину подъемника принимаем равной глубине

скважины до верхних отверстий фильтра (L=H).

Давление у башмака p

, равное в данном случае (при L=Н) давлению у забоя p

заб

может быть определено по графику (см. рис. 11) в зависимости от полного удельного

расхода рабочего агента R

о пол

По уравнению притока находят возможный дебит скважины:

 

забпл

рpKQ 

(ІІІ.22)

Затем определяют относительное погружение подъемных труб

 





10 



диаметр подъемника по формуле

d=0,188

 

см

ррL

рр

2121

10 







(ІІІ.23)

Найденный диаметр округляют до ближайшего стандартного диаметра или

применяют ступенчатый подъемник.

2. Определение диаметра штуцераа.

а. Диаметр отверстия устьевого штуцера для фонтанных скважин с большим

газовым фактором можно определить по формуле Г. Н. Газиева [26]:

5,0

27.0















гг





мм, (ІІІ.24)

где



— коэффициент, зависящий от величины газового фактора, который

принимается равным 1,0



1,2; (З

— дебит газа в м

/суткщ;



— удельный вес газа в

кГ/м

; р

— давление на устье скважины перед штуцером в ат.

б. Методика расчета диаметра отверстия глубинного штуцера для насосных

скважин, эксплуатация которых осложнена влиянием газа (периодически

фонтанирующих) и песка [33].

1. Определяют величину необходимого снижения уровня жидкости (депрессию):



м, (ІІІ.25)

где Q

— дебит жидкости в т/сутки; q — удельный дебит жидкости в т/ сутки • м.

2. Находят глубину погружения насоса под динамический уровень:

hhLh

ст



м, (ІІІ.26)

где L — глубина установки насоса в м. h

cт

— статический уровень в м.

3. Определяют активный напор по разности напоров в затрубном и трубном

пространствах:





 LhH

(ІІІ.27)

где



— относительный удельный вес добываемой жидкости;





—

относительный удельный вес газо-жидкостной смеси, который для скважин с глубиной

подвески насоса до 1000 м принимается равным 0,35 (эта величина в зависимости от

газового фактора может отклоняться в обе стороны не более чем на 20% ).

В тех случаях, когда имеется полная уверенность, что фонтанные явления в

скважине отсутствуют, уравнение активного напора будет иметь вид H=h





4. Находят объем газо-жидкостной смеси:

сутким

рQGQ

QQQQ

жж

жгжсм







, (ІІІ.28)

где Q

— объемный расход жидкости в м

/сутки; Q

— объемный расход газа в

/сутки; G

— газовый фактор в м

/м

;



— коэффициент растворимости газа в м

/м

ат; р=



— давление у входа в штуцер в ат.

5. Определяют сечение и диаметр глубинного штуцера:

286400

см





(ІІІ.29)

откуда

785.0



(ІІІ.30)

где



=0,8 — коэффициент расхода; g=9,81 м/сек

— ускорение силы тяжести.

4. Расчет колонны подъемных труб при фонтанно-компрессорной эксплуатации.

Слабым звеном у гладких насосно-компрессорных труб (ГОСТ 633-63) является

резьбовое соединение.

Нарезка резьбы приводит к уменьшению прочности труб, особенно труб малых

размеров, с малой толщиной стенки.

Исходной величиной для расчета труб является сопротивление их

растягивающим нагрузкам. Усилия, при которых напряжения в нарезанной части

трубы достигают предела текучести (страгивающая нагрузка), приведены в

приложении 4.

Предельно допускаемая длина l подвески для одноразмерной колонны

определяется из выражения

тр

стр



(ІІІ.31)

где (Q

стр

— страгивающая нагрузка для выбранных типа и размера труб в кГ; k —

коэффициент запаса прочности, обычно принимаемый равным 1,3 — 1,5; q

тр

— вес 1

м труб в кг.

Для двухразмерной колонны длины секций будут

;

стр





;

стрстр









Lll 

(ІІІ.32)

Для трехразмерной колонны

;

стр





;

стрстр









;

стрстр









Llll 

321

(ІІІ.33)

Счет секций ведется снизу вверх. Обычно внизу колонны устанавливаются

трубы меньшего размера, а по направлению к устью размер труб увеличивается.

Для труб с высаженными наружу концами прочность по телу соответствует

прочности по нарезанной части трубы (равнопрочная конструкция). Расчет ведут по

телу трубы, исходя из растяжения от собственного веса.

Для одноразмерной колонны допустимая длина подвески насоса определяется

из выражения

l 

(ІІІ.34)

где Q

— растягивающее усилие, соответствующее пределу текучести

материала трубы; Q





; q

- вес 1 м трубы; F

— площадь сечения труб;





—

предел текучести.

(111.29)

Для двухразмерной колонны длины нижней и верхней секций будут

l 

;





(ІІІ.35)

где Q

— усилие, соответствующее пределу текучести материала трубы второй

секции; Q





; q

— вес 1 м труб второй секции.

Для трехразмерной колонны

l 

;





;





(ІІІ.36)

где Qз=





— усилие, соответствующее пределу текучести для труб третьей секции.

Предельные глубины спуска колонн при фонтанно-компрессорной

эксплуатации можно определить по таблицам приложений 6, 7 и 8.

Для подбора ступенчатых колонн подъемных труб из стали группы прочности Д

можно пользоваться специальными графиками (рис. 15, 16 и 17).

График рис. 15 составлен для двухступенчатых (двухразмерных) колонн

неравнопрочных подъемных труб, а график рис. 16 — для двухступенчатых колонн

равнопрочных подъемных труб, график рис. 17 служит для подбора трехступенчатых

колонн равнопрочных подъемных труб.

При составлении этих графиков за расчетные усилия для фонтанно-

компрессорных скважин принят собственный вес труб.

По оси абсцисс этих графиков даны разные значения коэффициента запаса

прочности труб /С, а по оси ординат — предельная общая глубина спуска всей

колонны h и длина верхней и средней (для трехступенчатых колонн) ступеней h

и h

м.

Графики состоят из двух (для двухступенчатых колонн) и трех (для

трехступенчатых колони) групп кривых.

Как показывают пунктирные линии, проведенные на графиках рис. 15 и 16, для

подбора двухступенчатых колонн подъемных труб надо найти на оси ординат точку 7,

соответствующую общей глубине спуска всей колонны, и провести из нее горизонталь

вправо до пересечения с кривой для колонны принятой конструкции (точка 2). Из этой

точки пересечения надо опустить перпендикуляр на ось абсцисс. Положение точки 3

определит коэффициент запаса прочности труб (отнесенный к пределу текучести),

который должен быть не меньше 1,5.

Для определения длины верхней ступени труб h

надо найти точку 4 пересечения

опущенного на ось абсцисс перпендикуляра с кривой конструкции колонны в нижней

части графика. Горизонталь, проведенная из точки 4 влево, определит в пересечении с

осью ординат длину верхней ступени труб большего диаметра. Длина нижней ступени

труб меньшего диаметра будет равна h

=h—h

Запас прочности при трехступенчатых колоннах находится аналогично (см. рис.

17). Длины ступеней этих колонн определяются путем пересечения перпендикуляра,

опущенного на ось абсцисс, с соответствующими кривыми конструкции подъемной

колонны в средней и нижней частях графика (группы h

и h

). При этом верхняя

ступгпь из труб большего диаметра определится пересечением кривой группы h

, а