от дебита скважины рекомендуют следующие внутренние Диа метры подъемных труб:
Q, м3/сут |
20—50 |
50—70 |
70—250 |
250—350 Более 350 |
|
d, мм |
40,3 |
50,3 |
62 |
76 |
88,6 |
Задаются также способом ввода газа в НКТ |
(через башмак |
||||
или через рабочий газлифтный клапан). При вводе газа через башмак длина НКТ равняется глубине ввода газа. Если воз никает необходимость спуска НКТ до забоя, то газ вводят че рез газлифтный клапан. Определяют глубину ввода газа L и рабочее давление рр. Для этого строят кривую распределения давления p(z) в обсадной колонне или в НКТ (если трубы спущены до забоя) по любой методике расчета (см. § 6.5), на чиная от давления р3 шагами по принципу «снизу вверх», а также кривую распределения давления в НКТ с учетом зака чиваемого газа, начиная от давления р2 шагами по принципу «сверху вниз». Затем обе кривые p(z) совмещаются на одном графике. Точка их пересечения (рис. 8.4) дает глубину ввода газа L и давление у башмака (в точке ввода газа) р\. Рабочее давление рр рассчитывают либо по формуле Адамова, либо по барометрической формуле (без учета потерь давления на тре ние газа).
Дальше задаются другими значениями R0зак и аналогично определяют соответствующие им L, рх и рр (см. рис. 8.4). Такие же расчеты и построения могут выполняться для других задан ных диаметров НКТ. Тогда выбирают наиболее подходящие или оптимальные условия (режимы) работы. Оптимальным режи мом можно считать режим, характеризующийся минимумом удельной, подаваемой в скважину энергии, приходящейся на
единицу расхода жидкости |
(более точно |
процесс расширения |
|||
газа следует считать политропическим): |
|
|
|||
£эак = |
-КозакРо ^ |
Р2 |
|
(8.49) |
|
или, считая газ реальным, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
£ зак = |
АозакРогсрГср |
ln _Р1_ > |
(8.50) |
||
|
|
Те |
|
рг |
|
где zcp — коэффициент сверхсжимаемости |
газа, |
определенный |
|||
при средней температуре |
в скважине |
Тср |
и среднем давлении |
||
Р ср= ( pi + р а) / 2.
Использование номограмм распределения давления
При многократном повторении (для многих скважин) расчеты можно сократить использованием номограмм распределения давления (рис. 8,5), рассчитанных с учетом свойств жидкостей
270
О Z Ч 6 8 td П П Гбр.Мй.
Рис. 8.4. Кривые распределения дав ления вдоль ствола газлифтной сква жины
Рис. 8.5. Пример номограммы распре деления давления вдоль ствола сква жины при различных удельных рас ходах газа R0.
Внутренний диаметр труб 73 мм, дебит нефти 1272 м3/сут при отсутствии воды, плотность нефти 850 кг/м3, относительная плотность газа 0,65
и газа данного месторождения, средней температуры потока, разных дебитов, обводненности, различных диаметров труб. Крайняя правая кривая номограммы (/?0 = 0) соответствует про филю давления потока негазированной жидкости, а крайняя ле вая— профилю давления с минимальным градиентом. При уве личении выше указанного значения для данной глубины гради ент давления возрастает и профиль давления смещается вправо. Поэтому расчет кривой распределения давления следует огра ничивать профилем с минимальным градиентом. Порядок рас чета с использованием номограмм следующий: а) задаются ря дом значений диаметров НКТ; б) на кальке в масштабе номо граммы наносятся оси давления и глубины, отмечаются глубина скважины Я, давления рпл, р3 и р2; в) калька накладывается на номограмму (для данного дебита, обводненности и диаметра труб — НКТ или обсадной колонны) так, чтобы оси глубин со впали, и перемещается по оси глубин таким образом, чтобы точка (р3; Н) совместилась с кривой Яо=йЭф, где в Эф— пласто вый газовый фактор с учетом обводнения продукции; эта кри вая переносится на кальку (если такой кривой на номограмме нет, то она интерполируется); получается первая кривая р(г) (см. выше); г) снова калька аналогично накладывается на но мограмму (для данного дебита, обводненности и диаметра НКТ) и перемещается вдоль оси глубин так, чтобы точка (р2; 0) последовательно совмещалась с кривыми /?о>£Эф; эти кривые переносятся на кальку; получается ряд вторых кривых p(z)\ д) точки пересечения кривых p(z) дают совокупность значений L, рр, /?озак = /?о—0 Эф, которые определяют возможные режимы
работы газлифтной скважины; е) аналогично повторяются опре деления для других диаметров НКТ; ж) выбираются условия работы скважины, например, такие, которые соответствуют наи меньшему значению ЯозакЕсли 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 позво ляет учесть большее количество факторов, влияющих на раз мещение 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 рпл, Р з, Р 2, рабочее давление газа в кольцевом пространстве на устье сква жины рко и температуру на устье Г2, проведя ось температур (рис. 8.6).
Из точки рпл проводят прямую 1 распределения гидростати ческого давления в неработающей скважине, уклон которой оп ределяется плотностью жидкости. Пересечение прямой 1 с осью глубин указывает расстояние от устья до статического уровня
Лет1.
Из точки р3 проводят кривую 2 распределения давления от забоя вверх по колонне НКТ или по обсадной колонне (если трубы спущены практически только до глубины установки ра бочего клапана), для чего, совмещая кальку с номограммой, на кладывают точку р3 на кривую p(z) с Ro=G3ф. Также из точки Рз проводят кривую 3 гидродинамического давления потока не газированной жидкости (кривая с параметром R0 = 0). Уклон ее отличается от уклона прямой 1 на значение градиента давления на трение.
Из точки р2 проводят кривую 4 минимального градиента дав
ления (/?о= тах), для чего накладывают |
точку р2 на кривую |
p(z) с /?0 = тах (левая огибающая кривая) |
при совпадении осей |
глубин на кальке и номограмме. |
|
Из точки То проводят кривую 5 изменения температуры по стволу скважины (см. § 6.5).
p .T
Рис. 8.6. Графический расчет глубины установки газлифтных клапанов
Из ТОЧКИ Рко проводят кривую 6 (можно ограничиться пря
мой) изменения давления газа в кольцевом (затрубном) прост ранстве по барометрической формуле
0,03415prz
Рк (z) = Ркое ггг'Р |
(8.51) |
где рг — относительная плотность газа (по воздуху); ТсР— сред
няя температура газа (для ее расчета используется кривая 5 распределения температуры по стволу); г т— средний коэффи циент сверхсжимаемости газа при средних давлении и темпера туре, определяемых методом последовательных приближений.
От принципа действия пусковых клапанов несколько зависит процесс пуска скважины. Рассмотрим процесс пуска с использо
ванием наиболее распространенных сильфонных клапанов, уп равляемых 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 сква жины или в газораспределительной будке устанавливают регу лируемый штуцер. По мере ввода газа через последующий кла пан для того, чтобы предыдущие (вышележащие) клапаны оста вались закрытыми, давление газа в кольцевом пространстве ступенчато снижают. Давление открытия последующего клапана меньше давления открытия каждого предыдущего (вышележа щего).
Расчет клапанов включает определение глубины их уста новки, расхода газа через каждый клапан, диаметра отверстия седла клалана, типоразмеров и параметров тарировки.
Расчет первого верхнего пускового клапана
Расчет глубины установки первого клапана Lx целесообразнее выполнять аналитическим методом по формуле (8.11) или (8.12) для глубины установки первого пускового отверстия. Величину Lx можно установить также графически. Для этого определяют расстояние от устья до приведенного уровня жидкости в НКТ после подачи газа в кольцевое пространство
Аир = (йст+ L\) — А*, |
(8.52) |
где L\l — снижение уровня жидкости в кольцевом пространстве ниже статического уровня, определяемое из формулы пускового давления (8.10); hx=(pKO—P2 )/(pg)— повышение уровня жид кости в НКТ над сниженным уровнем в кольцевом простран стве.
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 клапа нов. Если пуск осуществляется подачей газа от компрессорной станции, то допустимо принять отсутствие поглощения при рас чете /|П (при большом расходе газа продавка уровня кратко временна и за это время пласт поглощает очень малый объем жидкости). Поглощение обусловливает увеличение значения Lx. Отметим, что приток также учитывается с запасом, поскольку расход газа через каждый клапан ниже рассчитывается по де биту скважины при нормальной работе. Если /хпр<0, то проис ходит перелив жидкости. Величина Lx определяется как глу бина, соответствующая положению точки пересечения прямой 7, проведенной из точки (р2; 0) параллельно прямой 7, с кривой, отстоящей от кривой 6 на величину Дркл'~0,3 МПа (см. рис. 8.6). Начальный перепад давления Аркл1 обеспечивает воз
можность поступления газа из кольцевого пространства в НКТ, определяется глубиной установки клапана и принимается ори ентировочно. Если Лпр> 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; h„р).
Построив горизонталь на уровне Ь\, в точках пересечения ее с линиями 4 и 6 определяют давление газа в кольцевом прост ранстве на уровне первого клапана ркД и минимальное давле
ние смеси в колонне НКТ на этом же уровне р?р", (см.
рис. 8.6). По ближайшей снизу от точки давления p^'Z, кри вой, отходящей от кривой минимального градиента, устанавли вают удельный расход газа R01 (см. рис. 8.6, кривая # 0i)- Тогда минимальный расход газа через первый пусковой клапан (для достижения минимального градиента давления в колонне НКТ выше этого клапана)
V01--=R01Q, |
(8,53) |
где Q — дебит скважины по жидкости при нормальной работе. Температуру газа в затрубном пространстве на уровне пер вого клапана TLi определяют в точке пересечения горизонтали
Lx с кривой 5.
Диаметр отверстия седла клапана dc\ либо вычисляют с ис пользованием формулы политропического истечения идеального газа через штуцер, либо находят по номограмме. За давление на входе принимается pKi , а на выходе р™1^. Номограмма
построена для газа с относительной плотностью рг по воздуху, равной 0,65, при температуре Т, равной 288,8 К- Для других ус ловий при расчете диаметра расход газа V0i умножают на по правочный коэффициент
Ки = 0,0731 УргТ |
(8.54) |
По диаметру отверстия седла выбирают типоразмер кла пана, 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 урав нению:
Р а |
(8.55) |
Температурный коэффициент Кп по температуре Т/.,; дав ление зарядки сильфона рсн, по формуле (8.26) и номинальное давление тарировки рн0Mi по формуле (8.24).