Теоретическая часть. Глубину установки газлифтных клапанов рассчитывают сверху вниз

Расчетный способ

Глубину установки газлифтных клапанов рассчитывают сверху вниз. При расчете глубины установки верхнего газлифтного клапана определяющим является статистический уровень жидкости в скважине. Высоким уровень считают в том случае, когда скважина переливает уже при незначительном нагнетании газа в затрубное пространство еще до поступления его в подъемные трубы: низким, если жидкость в подъемных трубах не достигает устья скважины в момент, когда сжатый газ начинает проникать через верхний клапан из затрубного пространства в трубы (рис.8.). В начальный момент уровень жидкости плотностью р_м находится на глубине L_cm. При нагнетании газа под давлением Р_кр в затрубное пространство уровень в нем снижается на высоту /г, а в подъемных трубах поднимается на высоту / (предполагают, что пласт не поглощает).

При известных площадях затрубного S_3aT и трубного S^ пространств
соотношение между изменением уровня в трубном и затрубном пространствах
будет hS_pfi,/S_mp=hR₀ (1)

где R₀ = l/h.

Рис. 8. Схема вытеснения жидкости из затрубного пространства в подъемные трубы при нагнетании газа в скважину.

Формула (1) означает, что давление на новом уровне затрубного пространства должно уравновешиваться давлением гидростатического столба жидкости в трубах, т.е.

P_г= hp_жg + hR₀ p_:жg + Р_У (2)

откуда

(3)

Подъемную колонну называют «длинной», если Lcm больше, чем столб жидкости высотой hR0, поступившей из затрубного пространства в трубное, т.е., если

L_cm>hR₀ (4)

Подставляя значение h из (3) в (4) и преобразовывая, имеем

(5)

Для этого случае глубину установки верхнего газлифтного ютпана определяются из уравнения

(6)

Для создания перепада давления, необходимого для поступления газа через клапан из затрубного пространства в подъемные трубы, вычитается 10 м. В рассматриваемом случае для статического равновесия давлений необходимо снижение уровня жидкости в затрубном пространстве еще на 10 м. Поэтому высота столба жидкости в подъемных трубах увеличится еще на 10 R₀. Первоначальный перепад давления тогда составит:

∆p=10(1-R₀)ρ_ж g (7)

Когда подъемная колонна короткая или статистический уровень не поддается точному определению, верхний клапан устанавливают на глубине

(8)

Уравнение (8) удовлетворяет следующему условию: в момент начала нагнетания сжатого газа давление в подъемных трубах „ (здесь -падение давления сжатого газа в газлифтном клапане) на глубине установки клапана равно гидростатическому давлению L₁ столба жидкости в подъемных трубах, достигшей устья плюс давление на устье p_y.

Для определения интервалов размещения газлифтных клапанов на практике чаще всего пользуются более доступным, графическим способом.

Графический способ

В прямоугольной системе координат давление р - глубина скважины L строят следующие линии (рис 9).

1. Линию /, характеризующую изменение давления по стволу НКТ в процессе работы газлифта. Ее начало L₀ = 0, p= p_y. Устьевое рабочее давление Р_у, как правило, не превышает 1,0 МПа.

Рис.9. Схема размещения газлифтных клапанов при непрерывном газлифте.

2. Линию II - изменение статического давления столба газа в затрубном пространстве с глубиной - проводят из точки, соответствующей кольцевому рабочему давлению р_кр и L = 0.

3. Прямую III, характеризующую изменение гидростатического давления с глубиной скважины с началом в точке L_cm, р= 0 (статический уровень в скважине) и концом в точке L = L_mp, р_3ст. Эту прямую строят при известной плотности негазированной жидкости в скважине.

4. Прямую IVI\1 из точки L = 0, р = р_у, параллельную прямой III. В точке пересечения прямых IV11 и II давление газа в затрубном пространстве равно давлению жидкости в подъемных трубах при давлении на устье р_у. Если провести на принятом расстояние 0,34 МПа выше точки пересечения указанных прямых IVII и II) короткую прямую, параллельную линии II, то в точке 1 пересечения / этой прямой с линией IV/1 определится глубина L₁ — место установки верхнего клапана. Перепад давления ∆p = 0,34 МПа необходим, с одной стороны, чтобы клапан пропускал газ, когда он не перекрыт жидкостью и, с другой стороны, этот перепад равен падению давления в клапане в случае прохождения через него газа при максимального запроектированной скорости при заданном сечении отверстия клапана.

5. В процессе непрерывного подъема на глубине первого клапана в подъемных трубах установится давление ртр. Проведем через точку (p_mp1, L₁) линию IV/2, параллельную прямой III. В точке пересечения линии IV/2 с прямой II давление будет равно р_к2. После этого проводим две короткие линии, параллельные прямой II, - одну на расстоянии 0,1 МПа, а другую – на расстояние (0,3 + 0,1) МПа. Цель первого снижения давления на 0,1 МПа -установление давления открытия клапана 2 (на 0,1 МПа ниже клапана 1). Линия падения давления по длине обсадной колонны, определяющая падение давления на 0,44 МПа, пересекается с линией IV/2 в точке 2, ордината которой L₂ определяет глубину установки клапана 2.

6. Для определения глубину установки остальных клапанов относительно глубины установки клапана 2 давление в обсадной колонне необходимо снижать еще на 0,1 МПа для каждого клапана.

7. Для определения для всех клапанов, исключением последнего, максимального давления в подъемных трубах во время снижения уровня жидкости в скважине необходимо провести прямые линии, соединяющие точки 2, 3, 4 и точку следующего нижнего клапана с точкой (р = р_у, L = 0). Максимальное давление р_{mp max} определяется в точке пересечения их линий с горизонтальными прямыми, проведенными из точек установки рассматриваемого клапана. Например, для определения максимального давления в подъемных трубах на уровне установки первого клапана рт мах проводим прямую, соединяющую точку р_у сточкой 2. В точке пересечения этой прямой с горизонтальной прямой, проведенной из L, - глубины установки первого клапана, находим р_{mp max}.

Постановка задачи. Определить глубины установки газлифтных клапанов для снижения уровня жидкости в скважине до 200 м с последующей непрерывной газлифтной эксплуатацией с максимальным рабочим давлением = 8 МПа и подачей газа Q_r = 8 м3/мин (11520 м3/сут).

Таблица 5.

Исходные данные приведены в таблице 5.

Методика выполнения работы

1. По заданной подаче компрессора и дебиту скважины определяем газовый фактор:

Рис. 10 Кривые, характеризующие изменение давления по стволу НТК в процессе работы газлифта d= 0,73 мм; q₀ = 3,17м³ / сут.

По заданному диаметру подъемных труб и дебиту скважины находим

соответствующее семейство градиентных кривых (Рис. 10). Из этого семейства d= 0,73 мм; q₀ = 3,17м³ / сут.) выбираем кривую, соответствующую газовому фактору Г = 400 м³ /м³, и переносим ее на график (4) таким образом, чтобы начало этой кривой пришлось на точку (р_у = 0,3 МПа; L_o = 0).

В результате получаем кривую /, которая характеризует изменением градиента давления в трубах в процессе работы газлифта.

2. Определяем статическое давление столба газа в затрубном пространстве у забоя скважины (или на любой заданной глубине L) по формуле

(9)

где p_кi - давление сжатого газа в кольцевом пространстве на устье скважины, МПа; е - основание натуральных логарифмов; М - молярная масса газа, кг\моль; Т - среднеарифметическое значение годовой температуры на поверхности и пластовой температуры на забое, К; Z - коэффициент сверхсжимаемого нагнетаемого газа (воздуха) в затрубном пространстве при давлении р_к и температуре T.

При практических расчетах принимают p_кi≈p_y≈p_kL, так как точность расчетов при этом заметно не снижается. Для расчета по (9) вычислим среднеарифметическую годовую температуру на забое скважины:

Рис. 11 Схема расстановки газлифтных клапанов в непрерывном газлифте (по данным расчета)

Коэффициент сверсжимаемости воздуха z при давлении p_к и температуре T в связи с близостью ее величины к единице для просторы принимаем равным 1.

На горизонтальной линии (см. рис.11) исходящей из точки, соответствующей глубине скважины, откладываем числовые значения p_kL. Из точки (L =0, р=р_кр) проводим прямую, соединяющую эту точку с точкой p_KL. Таким образом, получаем прямую II, характеризующую изменение статического давления столба газа в затрубном пространстве с глубиной.

3. Определяем глубину статического уровня жидкости в скважине по формуле

L_cm = L_cкв - P_{з cm} / (Р_ж g)- (10)

Из точки, соответствующей глубине скважины, проводим прямую, параллельную оси абсцисс, и на ней откладываем P_{з cm} = 32,25 МПа. Затем из точки (L_cm = 450 м; р= 0) проводим прямую, соединяющую эту точку с точкой р; ст. Получаем прямую III, характеризующую изменение с глубиной давления негазированного столба жидкости.

4.Через точку (L_cкв = 0 м; р= p_у) проводим, параллельно линии III, прямую IV/1. Высшее точки пересечения этой прямой с линией II, на расстоянии 0,34 МПа от нее, проводим короткую прямую, параллельную линией IV/1 определяется глубина установки верхнего клапана L₁

5.При непрерывном поступлении газа через первый клапан в подъемных трубах на глубине L₁; установится давление р_тр1. Через точку (р_тр1, L₁) проводим линию IV/2, параллельную линии III. После этого проводим две короткие линии, параллельные линии II: одну-на расстоянии 0,1 МПа, а другую - на расстоянии 0,34 МПа. Линия падения давления по длине обсадной колоны, определяющая снижение давления на 0,44 МПа, пересекается с линией IV/2 в точке 2, ордината которой соответствует глубине установки клапана 2 - L₂.

6.Аналогичным способом определяем глубины установки оставшихся клапанов (табл.6).

Таблица 6.

Поиск по сайту: