Файл: Еникеев В.Р. Автоматические скребки для очистки подъемных труб от парафина.pdf

Рассмотренные нами представления о процессах, происходя­ щих в фонтанирующей скважине, позволяют сделать ряд практи­ ческих выводов относительно условий работы автоматического скребка и глубины установки нижнего амортизатора.

Если исходить из предположения, что выделение парафина

из нефти начинается одновременно с выделением метана или же несколько выше, то глубина установки нижнего амортизатора будет определяться давлением насыщения метана и буферным давлением скважины.

Поэтому для определения оптимальной глубины установки нижнего амортизатора желательно произвести поинтервальный замер давления вдоль ствола работающей скважипы с буферным давлением 2,5—3,0 ат (минимальнее при естественном фонтани­ ровании) и найти при атом точку, в которой давление равно

давлению насыщения метана (52—57 ат). Несколько выше этой точки устанавливается нижний амортизатор.

Для большинства месторождений девонской нефти глубину ус­ тановки нижнего амортизатора можно принять равной 750—900 at.

Например, на Серафимовском нефтяном месторождении нижние амортизаторы, установленные на глубине 760—820 м, не создают

и более) значительно увеличивается рабочий цикл автомати­ ческого скребка и создается ряд затруднений при обслуживании. При расположении нижнего амортизатора на небольшой глубине

возможно запарафинивапие эксплуатационных труб ниже него. Участок эксплуатационной колонны от нижнего амортиза­ тора до точки, в которой появляются отложения парафина, является наименее благоприятным для работы автоматического скребка, поскольку зазоры между клапанами скребка и стенками незапарафиненпых труб здесь наибольшие, а скорость восхо­ дящего потока меньшая, чем в расположенных выше интервалах.

В той части эксплуатационной колонны, где откладывается

парафин, при длительной работе скребка на стенках труб по­ стоянно держится слой парафина толщиной 1,5—2 мм. Эта парафи­

новая корка образует канал с относительно гладкими стенками, по которому и движется скребок. При наличии такого канала па

стенках труб покрываются неровности и уменьшаются зазоры между клапанами скребка и трубами.

Разумеется, нельзя утверждать, что такие условия имеются по всей длине запарафинивающегося участка труб. Могут быть

интервалы с рыхлым парафином, где постоянная корка отсут­

ствует, не исключена и неравномерность парафиновой корки.

Скребок при этом движется, касаясь одной стороной стенки трубы, а другой — парафиновой корки. Но в любом случае в запарафинивающемся участке труб скребок наиболее полно пере­ крывает их поперечное сечение. Учитывая относительно высокую

39

скорость движения газо-нефтяной смеси в этом участке по срав­ нению со скоростью неразгазированной нефти около нижнего амортизатора, можно утверждать, что условия работы скребка

вверхних интервалах подъемных труб являются наилучшими. При практических расчетах, когда определяется возмож­

ность применения скребка в скважине с данным дебитом, необ­ ходимо учитывать различие физических свойств нефти в интер­

вале нижнего амортизатора и дегазированной нефти. Для боль­ шинства девонских нефтей в интервале нижнего амортизатора

плотность их несколько ниже 0,8 г/смА, вязкость в момент вы­

деления газа наименьшая (около 2 сантипуаз), а по мере разгазпрованпя нефти увеличивается в 2—3 раза. Объем же нефти на глубине благодаря наличию растворенного газа больше, чем

объем дегазированной нефти, на 14—16%.

Пределы применения автоматических скребков

При обтекании тела потоком жидкости к нему приложены силы, обусловленные главным образом двумя причинами: раз­ ностью давления на торцы тела и трением между жидкостью и телом.

Сила, действующая на тело при обтекании его потоком, может

При помощи этой формулы можно найти зависимость скорости свободного тела от скорости окружающей его жидкости. При движении в трубах скорость свободного тела (скребка) может

где vc — скорость движения тела (скребка); vn — скорость потока

щие движение тела (скребка) в трубах, упрощенным способом,

приняв следующие допущения: тело (скребок) имеет форму ци­ линдра, завихрений потока в клапанах скребка и над скребком нет, а течение жидкости в зазорах между трубами и скребком ламинарное. При таких допущениях значения сил, действующих на скребок и скорость его движения, будут заведомо меньше действительных, что позволяет использовать результаты рас­

40

четов для определения возможности движения скребка при за­

данной скорости потока.

На цилиндр, который находится в трубе, с восходящим по­

током действуют силы, обусловленные трением жидкости о по­ верхность цилиндра Т, разностью давления на верхний и ниж­ ний торцы цилиндра Р, а также сила тяжести G и архимедова сила Q, равная весу вытесненной жидкости. Если скребок не­ подвижен в потоке или движется равномерно, то равнодействую­

споверхностью цилиндра.

ДР и т определяются при помощи элементарных формул гидравлики через vc и vu.

R — внутренний радиус труб.

Исключив из формулы архимедову силу, которая для реаль­ ных скребков равна 40—60 г, и добавив силу трения скребка о стенки труб N, получим

скребка в дегазированной нефти к условиям его работы в ин­

тервале нижнего амортизатора.

Для определения пределов применения автоматических скреб­ ков были проведены их испытания на специальном стенде. Стенд,

смонтированный на эксплуатационной вышке, представляет собой две колонны насосно-компрессорных труб диаметром 2" и 2г/г",

протянутых от кронблочной площадки вышки до поверхности земли. В одну из колонн, в которую помещался тщательно отре­

гулированный скребок, подавалась дегазированная нефть или же

41

газо-нефтяная смесь, а по другой колонне поток направлялся вниз п затем по соответствующей обвязке в емкости для замера. Скребок непрерывно работал, совершая полные циклы. В резуль­ тате экспериментов с различными скребками в потоке дегазиро­ ванной нефти удельного веса 0,848 и вязкостью около 6 санти­ пуаз были получены следующие уравнения движения скребков:

для скребка УфНИИ-3 (вес 2700 г)

vc = — 12 4-1,08 г>п;

для скребка УфНИИ-ЗМ (вес 2900 г) vc = — 10 + 1,08 г?п;

для скребка конструкции А. Ф. Гильманшина (вес 1900 г) vc — — ■16 + 1,14 vn;

для скребка конструкции И. И. Фелька (вес 2350 г) vc=- 30+1,12г?п;

для 2" скребка УфНИИ (вес 2450 э)

г>с = - 17,5 +1,00 г;п.

Соответствующие графики с экспериментальными точками приведены на рис. 15. Во время экспериментов непрерывная

Рис. 15. Зависимость скорости подъема скребка в стенде от скорости восходящего потока дегазированной нефти.

1 — скребок УфНИИ-3 (опыт с трубами, имеющими парафиновую корку на стенках); 2 — скребок УфНИИ-ЗМ; з — скребок УфНИИ-3; 4 — скре­

бок конструкции А. Ф. Гильманшина; 5 — 2" скребок УфНИИ; 6 — скре­ бок для высокодебитных скважин.

42

работа скребков в стенде обеспечивалась при скорости подъема его более 8—10 см/сек, при меньшей скорости шариковый замок не срабатывает и, поднявшийся до верха стенда, скребок не скла­ дывается и зависает в потоке.

Вследствие того, что скорости потока точно определить воз­ можно только при непрерывной работе скребка в стенде, мини­ мальное значение этой скорости, при котором скребок начинает двигаться вверх, найдено экстраполяцией.

Из графика видно, что скребок УфНИИ-ЗМ начинает двигаться вверх при средней скорости потока в стенде, равной примерно

10 см/сек, для скребка УфНИИ-3 требуется несколько большая

скорость, примерно 12 см/сек. Суточный расход дегазированной

нефти, соответствующий этим значениям скорости, составит 22,1 т для скребка УфНИИ-ЗМ и 26,5 т для скребка УфНИИ-3.

Однако эти величины немогут характеризовать работу скребка

вскважине, так как вязкость дегазированной нефти в условиях эксперимента значительно выше, чем вязкость нефти в скважине

взоне нижнего амортизатора, различны также и удельные объемы нефти.

Пересчет уравнений движения скребка в дегазированной нефти к реальным условиям производится на основании формулы (20а). Очевидно, что в первый член уравнения движения скребка следует внести поправку на разницу вязкости, а во второй —

поправку на разницу объема дегазированной нефти по сравнению с объемом нефти около нижнего амортизатора в скважине.

Пример. Определить дебит, при котором обеспечивается

устойчивая работа скребка УфНИИ-3 в скважине, оборудован­ ной 21/г/' трубами, если вязкость нефти в интервале нижнего амортизатора равна 2,1 сантипуаза, а усадка пластовой нефти

равна 14%.

Вводим поправки в уравнение (20а).

Поправка на различную вязкость нефти для первого члена:

Поправка на увеличение объема нефти для второго члена:

После введения поправок в соответствующее уравнение по­ лучим

vc' = — 34,2 + 1,25 v„’.

Очевидно, что скребок начинает движение при

vc' > 0

или иначе при

Vn + 747- = 27,3 см!сек.

43