Файл: Сборник задач по технологии и технике нефтедобычи Учеб, пособие для ву.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.03.2024
Просмотров: 254
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Рис. 8.1. Схема скважины, оборудо-
ванной газлифтной установкой не-
прерывного действия:
/ — закачиваемый газ; 2 — штуцер; 3 —
пусковые газлифтные клапаны; 4 — рабо-
чий газлифтный клапан; 5 — пакер
Для эксплуатации скважин
газлифтным способом использу-
ют несколько типов газлифтных
установок, выбор которых опре-
деляют конкретные условия (ха-
рактер ввода газа, свойства
поднимаемой жидкости, состоя-
ние призабойной зоны, забойное
давление и т. д.). Основные эле-
менты используемого при этом
скважинного оборудования сле-
дующие: насосно-компрессорные
трубы, газлифтные клапаны,
скважинные камеры, пакеры
(рис. 8.1).
Колонну j подъемных труб,
снабженную скважинными каме-
рами с расположенными в них
газлифтными клапанами (пуско-
выми и рабочим), устанавливают в эксплуатационной колонне на па-
кере. Тем самым исключают влияние нагнетаемого газа на приток
жидкости в скважину, а также нежелательный в ряде случаев (силь-
ная коррозионная активность) контакт пластовой жидкости с эксплуа-
тационной колонной, при этом уменьшаются растягивающие нагрузки
от веса НКТ. Сжатый газ подают по нагнетательной линии с установ-
ленным на ней штуцером в затрубное пространство и вводят в
подъемные трубы через рабочий клапан. В подъемных трубах пла-
стовая жидкость и нагнетаемый газ, образуя газожидкостную си-
стему, поднимаются на поверхность.
При расчете газлифтной установки непрерывного действия опре-
деляют следующие параметры ее работы: диаметр подъемной ко-
лонны (если он неизвестен) DT; удельный расход нагнетаемого газа
Rr, глубину точки ввода газа в подъемную колонну #вг; давление
в подъемной колонне на уровне точки ввода в нее газа рвг; глубины
установки газлифтных клапанов, их тип, размеры и основные тех-
нологические характеристики.
Сочетание указанных параметров, обеспечивающих эффектив-
ный запуск скважины и подъем проектного количества жидкости
с минимальными энергетическими затратами, определяет опти-
мальный режим работы установки.
Газлифтную установку можно рассчитать как аналитическим,
с использованием формул академика А. П. Крылова [11], так и
159
графоаналитическим методом, на основе результатов гидродинамического расчета движения газожидкостных смесей в различных элементах скважинного оборудования. Последний является более универсальным. Ниже будет рассмотрена методика расчета газлифтной установки непрерывного действия.
Исходные данные
Qx ст — проектный отбор жидкости, м3/сут;
Ре (яв) — объемная или массовая доли воды в добываемой продукции, % или доли единицы;
Рпл — пластовое давление, МПа; ру — давление на устье скважины (задается в зависимости от условий работы системы сбора), МПа;
Ргу — рабочее давление нагнетаемого газа, МПа; К — коэффициент продуктивности скважины, м3/(сут-МПа);
Тпл — пластовая температура, К; о) — геотермический градиент, градус/м;
Lc — глубина скважины, м;
D3K — диаметр эксплуатационной колонны, м; DT — диаметр колонны подъемных труб (если он известен), м
р„д — плотность дегазированной нефти при стандартных условиях, кг/м3; рг0 — плотность нагнетаемого газа при нормальных условиях, кг/м3; рнд — вязкость дегазированной нефти при стандартных условиях, мПа-с;
Г — газовый фактор пластовой нефти, м3/м3; Ршс — давление насыщения нефти, МПа;
Угв = / (Р, Т, Угр)* — удельный объем выделившегося газа, приведенный к нормальным условиям, м3/м3; р„ = / (р, Т, Угр)* — плотность пластовой нефти, кг/м3;
Рн = / (р, Т, Угр)* — вязкость пластовой нефти, мПа-с;
Ьн = / (р, Т, Угр)* — объемный коэффициент пластовой нефти. Расчет газлифтной установки состоит из двух этапов: выбор оптимального режима и расчет системы пуска.
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА УСТАНОВКИ
-
Выбирают диаметр колонны подъемных труб (если он не задан) и оценивают возможность ее спуска до забоя скважины. В зависимости от дебита скважины рекомендуют [13] применять насосно-компрессорные трубы следующих диаметров.
Дебит скважины, м3/сут . . . 20—50 50—70 70—250 250—350 350
Диаметр НКТ (внутренний), мм 40,3 50,3 62,0 76,0 88,6
* Данные необходимые для расчета профилей давления р = / (Я).
160
Максимальную допустимую глубину спуска подъемной колонны определяют из условия обеспечения необходимого запаса ее прочности при растягивающих нагрузках, возникающих от собственного веса колонны и усилий при посадке и извлечении пакера. Ориентировочно предельную глубину спуска определяют по следующей формуле:
Ндоп = Пт/(^РтЯ). м. (8.1)
где ат — предел текучести материала труб при растяжении, Па; рт — плотность материала труб, кг/м3; k — коэффициент запаса прочности, обычно принимаемый равным 1,5*.
Если Ядоп>Ес, колонну данного диаметра можно спустить в скважину до забоя.
-
Определяют профили давления в подъемной колонне для заданного дебита QXCT и различных удельных расходах нагнетаемого газа Rr**. При этом учитывают пластовый газовый фактор Г. Данные профили либо рассчитывают по одной из методик (см. гл. 5), приемлемой для рассматриваемых условий эксплуатации скважины, либо выбирают по специальным каталогам (например, каталоги фирм «Камко», «Отис» и др.). Для удобства использования в последующем полученных профилей давления в качестве их параметра принимают общий удельный расход газа
а = Rr + апл, М3/м3, (8.2)
где апл — удельный расход пластового газа,
«пл = г (1 - рв), м3/м3. (8.3)
На рис. 8.2 приведена типовая диаграмма профилей давления в подъемной колонне. Крайняя правая кривая диаграммы (а = 0) соответствует профилю давления однофазного потока жидкости. Крайняя левая — профилю давления с минимальным градиентом. При увеличении удельного расхода газа свыше указанного для этого профиля в силу изменения соотношения потерь давления на трение и скольжение градиент давления начинает возрастать и профиль давления смещается вправо. Учитывая, что в этом случае энергию нагнетаемого газа используют неэффективно, расчет (выбор) профилей давления ограничивают профилем с минимальным градиентом.
-
Определяют забойное давление, при котором обеспечивается приток требуемого количества жидкости к скважине
Дзаб = Рпл— Ржст/Я, МПа. (8.4)
* При k = 1,5 и Рт = 7800 кг/м8 Ядоп (м) для равнопрочных труб из стали разных групп прочности следующая: Д — 3250; К — 4250; Е — 4700; Л — 5550.
** Удельный расход нагнетаемого газа ориентировочно можно принять: Rti = 0,5 Г; Яг2 = Г\ Rr3 = 1,5 Д; Rr4= 2,0 Г и т. д. до получения профиля давления с минимальным градиентом.
6 Заказ Ns 1131
161
Рис. 8.2. Пример типовой диаграммы профилей давления в подъемной колонне скважины (к задаче 8.1) для <2ж ст = 40 м3/сут; DT = 0,0635 м; (5В =0; Г — 20 м3/м3. Общий удельный расход газа (а) и удельный расход нагнетаемого газа (Rг) в м3/м3 для профилей давления имеют следующие значения: / — а = 0. «г = 0; 2 — а = апл = 20, Rr = 0; 3 — а = 70, Дг = 50; 4 — а = 120, = 100; 5 — а
170, «
Выбирают диаметр колонны подъемных труб (если он не задан) и оценивают возможность ее спуска до забоя скважины. В зависимости от дебита скважины рекомендуют [13] применять насосно-компрессорные трубы следующих диаметров.
Определяют профили давления в подъемной колонне для заданного дебита QXCT и различных удельных расходах нагнетаемого газа Rr**. При этом учитывают пластовый газовый фактор Г. Данные профили либо рассчитывают по одной из методик (см. гл. 5), приемлемой для рассматриваемых условий эксплуатации скважины, либо выбирают по специальным каталогам (например, каталоги фирм «Камко», «Отис» и др.). Для удобства использования в последующем полученных профилей давления в качестве их параметра принимают общий удельный расход газа
Определяют забойное давление, при котором обеспечивается приток требуемого количества жидкости к скважине
г = 150; 6 — а = 270, Rr = 250; 7 — а = 370, Rr = 350
-
Графически определяют возможные режимы работы газлифтной установки следующим образом.
На кальке в масштабе диаграммы (см. рис. 8.2) проводят координатные оси р и Я;
На оси давления р наносят точки, соответствующие заданному давлению на устье скважины ру и рабочему давлению нагнетаемого газа ргу, а на координатном поле — точку (Я = Lc; р = рзаб), соответствующую забойному давлению.
Из точки ргу проводят профиль давления нагнетаемого газа в затрубном пространстве, который можно построить, определив давление на произвольной глубине Я по барометрической формуле
рг (Н)
где рг — относительная плотность газа по воздуху (1.11); Я — глубина, м; Тср — средняя абсолютная температура газа в затрубном пространстве,
Гер = [Гу + Т (Н))12, (8.6)
Ту и Т (Я) — соответственно устьевая температура и температура на глубине Я, определяемые по (5.9); zcp — коэффициент сверх- сжимаемости газа при средних значениях давления и температуры,
162
Рис. 8.3. Определение возможных режимов работы скважины, оборудованной газлифтной установкой непрерывного действия (к задаче 8-1)
определяемых методом последовательных приближений*. Ориентировочно 2ср можно определить, приняв рср—ргу.
Строят профили давлений на участке колонны подъемных труб, расположенном выше возможных точек ввода газа различного удельного расхода Rr, и профиль давления на участке колонны, расположенном ниже ввода газа, для чего кальку накладывают на диаграмму (см. рис. 8.2) так, чтобы оси глубин совпали, и перемещают вниз вдоль оси Н. При этом точка, соответствующая ру, последовательно будет ложиться на кривые различных удельных расходов газа а. Из этой точки проводят на кальке эти кривые (рис. 8.3). Затем кальку перемещают таким же образом вверх дс совмещения точки, соответствующей рзаб, с кривой, соответствующей удельному расходу пластового газа (а = апл). Из этой точки проводят на кальке эту кривую (рис. 8.3)**.
Точки пересечения полученных профилей давления в подъемной колонне и их положение по отношению к профилю давления в затрубном пространстве (рис. 8.3) определяют возможные режимы работы газлифтной установки, обеспечивающие требуемый отбор жидкости из скважины при заданном давлении на устье и располагаемом рабочем давлении газа. Характеристики полученных ре
* Предварительно коэффициент г вычисляется при заданных рту, рг и Гср по (1.20—1.22). По формуле (8-5) находится рГ (Н) и вычисляется Рср = [Pry + Р (Н) ]/2. Для значения рср вновь вычисляется гСр и новое значение рг (Н) и так далее, пока zcp не совпадает с предыдущим.
** Данные профили могут быть рассчитаны по одному из методов, приведенных в гл. 5.
6*
163
жимов (удельный расход нагнетаемого газа Rr, глубина ввода газа Нвг, давление в подъемной колонне на уровне ввода газа рт = рвг) сводят в таблицу и используют для выбора оптимального режима работы установки.
Определяют для каждого из возможных режимов энергию, потребляемую на подъем единицы объема жидкости; при этом процесс расширения нагнетаемого газа принимают политропическим
w = ю3 пп i ^rPo[(yL)<'i
‘>n
1]’ кДж/м3- (8.7)
где Rr — удельный расход нагнетаемого газа, м3/м3; р0 — нормальное давление, р0 = 0,1 МПа; рТ1 ру — соответственно абсолютные давления в колонне подъемных труб в точке ввода газа и на устье скважины, МПа; п — показатель политропы, п ш 1,2.
-
Выбирают оптимальный режим работы установки, который будет характеризоваться минимальной потребляемой энергией W и соответствующим удельным расходом нагнетаемого газа Rr, глубиной ввода газа Нвг и давлением на уровне ввода газа рт. Глубина ввода газа будет определять глубину установки рабочего газлифтного клапана LpK, которая в большинстве случаев будет максимально возможной для заданных условий эксплуатации скважины. Если задачу решают с одновременным выбором оптимального диаметра колонны подъемных труб, то подобные расчеты в аналогичной последовательности проводят для всех рассматриваемых диаметров. Оптимальным диаметром будет тот, при котором энергетические затраты минимальны.
РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ПУСКА ГАЗЛИФТНОЙ СКВАЖИНЫ
Пуск скважины заключается в снижении статического забойного давления с последующим выводом ее на проектный режим работы путем ввода в колонну подъемных труб нагнетаемого газа через последовательно расположенные на ней газлифтные пусковые клапаны.
Расчет системы пуска предусматривает определение: глубины установки пусковых клапанов, их технологических параметров (расход газа, диаметр отверстия) и типоразмеров, параметров тарировки, обеспечивающих их нормальную работу в условиях скважины.
Газлифтные клапаны —это своего рода регуляторы, посредством которых в скважине автоматически устанавливается или прекращается сообщение между колонной подъемных труб и затруб- ным пространством, заполненным нагнетаемым газом. В настоящее время получили распространение сильфонные клапаны для газлифтных установок непрерывного и периодического действия и управляемые давлением газа в затрубном пространстве. Конструк-
164
162
Рис. 8.3. Определение возможных режимов работы скважины, оборудованной газлифтной установкой непрерывного действия (к задаче 8-1)
определяемых методом последовательных приближений*. Ориентировочно 2ср можно определить, приняв рср—ргу.
Строят профили давлений на участке колонны подъемных труб, расположенном выше возможных точек ввода газа различного удельного расхода Rr, и профиль давления на участке колонны, расположенном ниже ввода газа, для чего кальку накладывают на диаграмму (см. рис. 8.2) так, чтобы оси глубин совпали, и перемещают вниз вдоль оси Н. При этом точка, соответствующая ру, последовательно будет ложиться на кривые различных удельных расходов газа а. Из этой точки проводят на кальке эти кривые (рис. 8.3). Затем кальку перемещают таким же образом вверх дс совмещения точки, соответствующей рзаб, с кривой, соответствующей удельному расходу пластового газа (а = апл). Из этой точки проводят на кальке эту кривую (рис. 8.3)**.
Точки пересечения полученных профилей давления в подъемной колонне и их положение по отношению к профилю давления в затрубном пространстве (рис. 8.3) определяют возможные режимы работы газлифтной установки, обеспечивающие требуемый отбор жидкости из скважины при заданном давлении на устье и располагаемом рабочем давлении газа. Характеристики полученных ре
* Предварительно коэффициент г вычисляется при заданных рту, рг и Гср по (1.20—1.22). По формуле (8-5) находится рГ (Н) и вычисляется Рср = [Pry + Р (Н) ]/2. Для значения рср вновь вычисляется гСр и новое значение рг (Н) и так далее, пока zcp не совпадает с предыдущим.
** Данные профили могут быть рассчитаны по одному из методов, приведенных в гл. 5.
6*
163
жимов (удельный расход нагнетаемого газа Rr, глубина ввода газа Нвг, давление в подъемной колонне на уровне ввода газа рт = рвг) сводят в таблицу и используют для выбора оптимального режима работы установки.
Определяют для каждого из возможных режимов энергию, потребляемую на подъем единицы объема жидкости; при этом процесс расширения нагнетаемого газа принимают политропическим
w = ю3 пп i ^rPo[(yL)<'i
‘>n
1]’ кДж/м3- (8.7)
162
Рис. 8.3. Определение возможных режимов работы скважины, оборудованной газлифтной установкой непрерывного действия (к задаче 8-1)
определяемых методом последовательных приближений*. Ориентировочно 2ср можно определить, приняв рср—ргу.
Строят профили давлений на участке колонны подъемных труб, расположенном выше возможных точек ввода газа различного удельного расхода Rr, и профиль давления на участке колонны, расположенном ниже ввода газа, для чего кальку накладывают на диаграмму (см. рис. 8.2) так, чтобы оси глубин совпали, и перемещают вниз вдоль оси Н. При этом точка, соответствующая ру, последовательно будет ложиться на кривые различных удельных расходов газа а. Из этой точки проводят на кальке эти кривые (рис. 8.3). Затем кальку перемещают таким же образом вверх дс совмещения точки, соответствующей рзаб, с кривой, соответствующей удельному расходу пластового газа (а = апл). Из этой точки проводят на кальке эту кривую (рис. 8.3)**.
Точки пересечения полученных профилей давления в подъемной колонне и их положение по отношению к профилю давления в затрубном пространстве (рис. 8.3) определяют возможные режимы работы газлифтной установки, обеспечивающие требуемый отбор жидкости из скважины при заданном давлении на устье и располагаемом рабочем давлении газа. Характеристики полученных ре
* Предварительно коэффициент г вычисляется при заданных рту, рг и Гср по (1.20—1.22). По формуле (8-5) находится рГ (Н) и вычисляется Рср = [Pry + Р (Н) ]/2. Для значения рср вновь вычисляется гСр и новое значение рг (Н) и так далее, пока zcp не совпадает с предыдущим.
** Данные профили могут быть рассчитаны по одному из методов, приведенных в гл. 5.
6*
163
жимов (удельный расход нагнетаемого газа Rr, глубина ввода газа Нвг, давление в подъемной колонне на уровне ввода газа рт = рвг) сводят в таблицу и используют для выбора оптимального режима работы установки.
Определяют для каждого из возможных режимов энергию, потребляемую на подъем единицы объема жидкости; при этом процесс расширения нагнетаемого газа принимают политропическим
w = ю3 пп i ^rPo[(yL)<'i
‘>n
где Rr — удельный расход нагнетаемого газа, м3/м3; р0 — нормальное давление, р0 = 0,1 МПа; рТ1 ру — соответственно абсолютные давления в колонне подъемных труб в точке ввода газа и на устье скважины, МПа; п — показатель политропы, п ш 1,2.
-
Выбирают оптимальный режим работы установки, который будет характеризоваться минимальной потребляемой энергией W и соответствующим удельным расходом нагнетаемого газа Rr, глубиной ввода газа Нвг и давлением на уровне ввода газа рт. Глубина ввода газа будет определять глубину установки рабочего газлифтного клапана LpK, которая в большинстве случаев будет максимально возможной для заданных условий эксплуатации скважины. Если задачу решают с одновременным выбором оптимального диаметра колонны подъемных труб, то подобные расчеты в аналогичной последовательности проводят для всех рассматриваемых диаметров. Оптимальным диаметром будет тот, при котором энергетические затраты минимальны.
РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ПУСКА ГАЗЛИФТНОЙ СКВАЖИНЫ
Пуск скважины заключается в снижении статического забойного давления с последующим выводом ее на проектный режим работы путем ввода в колонну подъемных труб нагнетаемого газа через последовательно расположенные на ней газлифтные пусковые клапаны.
Расчет системы пуска предусматривает определение: глубины установки пусковых клапанов, их технологических параметров (расход газа, диаметр отверстия) и типоразмеров, параметров тарировки, обеспечивающих их нормальную работу в условиях скважины.
Газлифтные клапаны —это своего рода регуляторы, посредством которых в скважине автоматически устанавливается или прекращается сообщение между колонной подъемных труб и затруб- ным пространством, заполненным нагнетаемым газом. В настоящее время получили распространение сильфонные клапаны для газлифтных установок непрерывного и периодического действия и управляемые давлением газа в затрубном пространстве. Конструк-
164
Параметры | Клапан | |
КС-20, КС-25 | КС-38 | |
Диаметр отверстия | 5 6,5 8 | 5 6,5 8 9,5 12 |
клапана, с1от мм | | |
К | 0,067 0,118 0,190 | 0,033 0,057 0,089 0,130 0,225 |
Продолжение Параметры | Клапан | ||
BK. BK-1 | |||
Диаметр отверстия | 4,8 | 6,4 | 7,9 |
клапана, d0T мм | | | |
< | 0,104 | 0,196 | 0,342 |
и 5
Кк+1.
Особенности пуска и работы газлифтных клапанов
Перед пуском скважина заполнена жидкостью (дегазированной нефтью, водой или специальной жидкостью глушения), уровень которой определяется статическим давлением, равным пластовому.
165
Как только начинается нагнетание сжатого газа в затрубное пространство, все клапаны, установленные на колонне подъемных труб, откроются. Поскольку в любой точке затрубного пространства давление выше, чем в подъемной колонне, уровень жидкости в нем снижается и достигает первого клапана. Из условия баланса открывающих и закрывающих усилий, действующих в клапане, непосредственно перед тем как его шток 4 начинает перемещаться от седла 5 (см. рис. 8.4,