1327
.pdfРис. 4 4.2. Определение диаметра газлифт ного подъемника
скважины Hr и на горизонтальной прямой, проведенной на этом уров не, откладывают величину забойно го давления (р3). На оси давлений отмечают точку, соответствующую давлению на устье скважины (/?у). ГТо заданным техническим данным скважины и произвольно выбран ному диаметру труб в приложении находится соответствующая табли ца, которая строится на кальке в виде номограммы (см. рис. 4.4.1). На эту номограмму накладывается рис. 4.4.2 так, чтобы совпали оси глубин, и перемещением графика
вдоль этой оси необходимо добиться совмещения точки с градиент ной кривой (см. рис. 4.4.1), соответствующей газожидкостному отно шению, равному заданному газовому фактору, которая наносится на этот рисунок (кривая /). Газожидкостное отношение здесь определя ется как отношение объемного расхода газа, приведенного к нормаль ным условиям, к расходу жидкости. Далее рис. 4.4.2 перемещается вниз по оси глубин до совмещения точки ру с кривыми на рис. 4.4.1, соответствующими различным газожидкостным отношениям, боль шим, чем газовый фактор (кривые 2, 5, 4 на рис. 4.4.2). Точки пересе чения кривых 2, 3, 4 с кривой 1 указывают возможные глубины (для данного диаметра труб) точек ввода газа (Я^ Я2, Я3) и необходимые для этого давления (рь ръ р3). При этом чем ниже точка ввода, тем ниже удельный расход и выше необходимое давление газа на устье. Это означает, что если выбор диаметра газлифтного подъемника про водить из критерия достижения минимального удельного расхода, то необходимо ввести ограничение по величине давления газа в газлиф те. При фиксированном давлении газа по рис. 4.4.2 определяют мини мальный удельный расход газа при заданном диаметре подъемных труб.
Затем такой же расчет повторяется для другого диаметра труб. Ре комендуются к спуску в скважину трубы, диаметр которых обеспечивает минимальный удельный расход газа.
Расчет глубины установки рабочего клапана
Глубина установки рабочего клапана (точка ввода газа) определяет ся следующим образом (рис. 4.4.3).
1.На глубине (# с) отмечаются пластовое (рп„) и забойное (р3) давле ния. На оси давления наносится точка устьевого давления (ру).
2.Накладывают рис. 4.4.3 на номограмму распределения давления по стволу (типа рис. 4.4.1), которая строится по данным, приведенным в приложении для конкретных условий скважины и выбранного диамет ра. Через точку р Лпроводят кривую 7 распределения давления по газ лифтному подъемнику ниже точки ввода газа. Для этого совмещают оси глубин (см. рис. 4.4.1 и 4.4.3) и перемещают рис. 4.4.3 до совпаде ния точки забойного давления ръс кривой, соответствующей газожид костному соотношению, равному пластовому газовому фактору.
3.Перемещением рис. 4.4.3 вдоль оси глубин совмещают точку устьевого давления (ру) с кривой номограммы, соответствующей мини мальному градиенту давления (левая огибающая кривая на рис. 4.4.1), и наносят эту кривую на рис. 4.4.3 (кривая 2).
Минимальная глубина установки рабочего клапана (точка ввода га за) - точка пересечения кривых 7 и 2.
4.Перемещением рис. 4.4.3 (при совмещенных осях глубин) накла
дывают точку на кривую с нулевым газосодержанием - кривая 5 (см. рис. 4.4.3). Эта кривая используется при расстановке пусковых клапа нов. Кривая 4 показывает статическое распределение давления по глу бине, определяемое по плотности жидкости. Точка пересечения этой кривой с осью глубин дает глубину статического уровня в скважине.
5. Прямая 3 на рис. 4.4.3 показывает распределение давления газа по глубине. Для построения прямой 3 используют графики, приведенные на рис. 4.4.4 и 4.4.5. Последовательность расчетов следующая. Зная относитель ную плотность газа, среднюю темпера туру и давление в скважине, по рис. 4.4.5 определяют коэффициент сжимаемости газа. Далее, по рис. 4.4.5, зная относи тельную плотность газа, глубину, для которой определяется давление, и сред нюю температуру, коэффициент сжи маемости и давление нагнетаемого газа на устье, определяют давление газа на заданной глубине. Прямая 3 на рис. 4.4.3,
Рис. 4.4.3. Расчет глубины точки ввода газа
проведенная через эту точку и ру на устье, показывает распределение давления газа по глубине с учетом веса его столба.
Расчет первого пускового клапана
При высоком статическом уровне жидкости в скважине прежде чем газ в межтрубном пространстве достигнет первого пускового клапана, жид кость по подъемным трубам достигнет устья скважины. В этом случае рас чет первого пускового клапана ведется следующим образом (рис. 4.4.6).
]. Из точки ру проводится прямая 6} параллельная линии 5, до пере сечения с вертикалью, опущенной из точки /?,, Горизонталь, проведен ная на этом уровне пересечения, и определяет глубину установки пер вого клапана Н\. Точки пересечения горизонтали /У, с кривыми 2 и 3 определяют давление в межтрубном пространстве рги и минимальное давление в газлифтном подъемнике /?тм на этом уровне.
При низком статическом уровне в скважине могут иметь место слу чаи, когда газ в межтрубном пространстве достигнет глубины установ ки первого пускового клапана, а жидкость в газлифтном подъемнике еще не достигнет устья. В этом случае первый пусковой клапан должен
быть установлен на глубине, рассчитываемой по формуле |
|
Я, =hc, + ((lOb(pt - p y))/pg)(ct1/D2), |
(4.4.1) |
где hci - расстояние от устья до статического уровня в скважине, м; d - внутренний диаметр подъемных труб, м; D - внутренний диаметр экс плуатационной колонны, м; рГ- давление нагнетания газа, МПа; ру - давление на выкиде скважины, МПа; р - плотность нефти, кг/м3
При поступлении газа в подъ емные трубы через первый кла пан градиент давления в скважи не уменьшается от максимального (прямая 6 на рис. 4.4.6) до мини мального (кривая 2 на рис. 4.4.6). При этом растет расход газа, так как увеличивается перепад дав ления на клапане до Л/? = /?гн] - -m inpTHl. В связи с увеличением расхода газа через первый клапан давление pvза штуцером на устье
Рис. 4.4.6. Расчет расстановки пусковых
клапанов
начинает падать до значения давления закрытия первого клапана, и он закрывается. Так как давление открытия второго клапана устанавлива ется меньшим, чем для первого клапана, то он открывается. Газ начина ет поступать через второй клапан. При этом в начальный момент продавки через второй клапан в скважине устанавливается распределение давления, соответствующее кривой 7 (см. рис. 4.4.6). По мере работы через второй клапан градиентная кривая 7 перемещается до кривой ми нимального градиента 2. Однако в начальный момент давление на уровне установки первого клапана повышается от min Рт\ до max Рп1 (см. рис. 4.4.6), что может привести к открытию первого клапана [20].
Чтобы этого не произошло, давление открытия второго клапана ус танавливают ниже давления открытия первого клапана на величину, называемую “трубным эффектом” и определяемую из выражения
Арг1 = (max ртк( - min р.ш]) кф,
где к,р- коэффициент, определяемый характеристикой клапана,
( 4 . 4 . 2 )
k ^ S J { S c{ \ - S J S z% |
(4.4.3) |
S0- площадь отверстия седла; Sc- эффективная площадь сильфона. Однако для определения величины max pTll\ необходимо знать место
установки второго клапана.
В этом случае поступают следующим образом. Поскольку трубный эффект пусковых клапанов обычно имеет порядок 0,1 МПа, задавшись перепадом давления на втором клапане порядка 0,3 МПа, заведомо пре дотвратим открытие первого клапана во время продавки через второй клапан.
2. Определим минимальный расход газа через первый клапан, необ ходимый для достижения минимального градиента. Для этого Fra оги бающей кривой минимального градиента отметим точку давления min рТ„| и определим ближайшую к ней снизу кривую распределения давле ния по глубине (кривая 8 на рис. 4.4.6). Удельный расход газа (ot|), для которого она построена, и принимается в расчете. Минимальный рас ход газа при этом равен произведению дебита жидкости на данный удельный расход газа.
3. По полученному расходу газа и давлениям до и после клапана опре деляем диаметр седла клапана из диаграммы, представленной на рис. 4.4.7. Давлением на входе является ргнь а на выходе min ртн|. Представленная диаграмма построена для газа с относительной плотностью по воздуху 0 , 6 5 при температуре ° С . Для других условий рассчитанный в ы ш е
Расход гам. при нормальных условиях, тыс. и*/сут
О |
40 |
80 |
120 |
160 |
|
200 |
240 |
280 |
|||
ITT |
Тт7 uCJZ* |
л7 |
3 |
! |
|
||||||
|
г |
/ |
|
7 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
_Jcy |
чТ |
|
|
7^ |
|
|
||
П/Т |
1 |
/ |
|
VI& |
/ |
|
> |
g |
|
0 |
|
11/ |
7 ш/ |
|
% |
|
7 |
||||||
|
\\г |
/ |
0 |
и |
и У |
Й |
7 07 |
С |
|
/ |
|
|
т |
w . у - ^уJ |
|
7 |
/ |
||||||
|
\1f/у |
|
|
|
Т/Л |
7 |
|
||||
|
|
/ |
|
|
5 V П_г./ |
ч / |
~г_// |
||||
|
|
|
|
т7_/77_/ |
|
7|Г |
|
1 |
/ |
||
|
|
|
|
|
к |
1к |
|
|
|
Ё t? |
|
|
2,0 |
4,0 |
6,0 |
В,0 |
|
10,0 |
12,0 |
14,0 |
|||
Дадпение на Входе, МПа,
Рис. 4.4.7. Номограмма для определения диаметра седла клапана
расход газа должен быть умно жен на поправочный коэффици ент, определяемый из графика на рис. 4.4.8.
Расчет второго пускового клапана
I. Глубина установки второго клапана определяется следую щим образом (см. рис. 4.4.6). Из точки min рТН| проводят прямую, параллельную линии 5. На этой прямой определяют точку, в ко
торой давление на 0 J |
МПа |
1,00 1J0 |
1,20 1,30 11,0 1,50 |
|
меньше, чем в межтрубном про |
Порайонный |
коэффициент |
||
странстве. Горизонталь, |
прове |
Рис. 4.4.8. График для расчета попра |
||
денная через эту точку, и опреде |
||||
вочного коэффициента |
||||
ляет глубину Нъ установки вто |
|
|
||
рого клапана. В процессе поступления газа через второй клапан давле ние на уровне первого клапана повысится до max /?тн). Для определения
этого давления надо наложить рис. 4.4.4 на номограмму (см. рис. 4.4.1) так, чтобы оси глубины и давления были параллельны, а точка ру нахо дилась на кривой минимального градиента. Перемещая ру по кривой минимального градиента (сохраняя параллельность осей), находим од ну из кривых с некоторым удельным расходом газа, которая одновре менно проходит через точки (ру) и (ргн2 = 0,3 МПа). Точка пересечения этой кривой с горизонталью Н2определяет maxpTiil [20].
Значение этой величины дает возможность определить перепад А/?|Ь на который должно быть снижено давление закачиваемого газа, чтобы в процессе работы через второй клапан первый был бы закрыт.
2. Расчет минимального расхода газа, необходимого для достижения минимального градиента выше второго клапана, аналогичен расчету для первого клапана. Накладываем рис. 4.4.6 на номограмму (см. рис. 4.4.1). совмещая кривые минимального градиента. Наносим на рис. 4.4.6 отхо дящую вправо от точки min pTlii ближайшую снизу кривую распределе ния давления (кривая 9). Удельный расход газа (а2), для которого эта кривая построена, и будет минимальным удельным расходом газа при работе через второй клапан. Общий минимальный расход газа через второй клапан определяется умножением этого удельного расхода (а2) на дебит скважины. Полученный общий расход умножается на попра вочный коэффициент, если температура и относительная плотность газа отличаются от расчетных (см. рис. 4.4.8).
3. Зная минимальный расход газа через второй клапан, диаметр от верстия в нем рассчитывается аналогично первому клапану из диа граммы на рис. 4.4.7. Давление на выходе принимают рП{2- Д/?, ь а на выходе min p Tli2.
Расчет третьего пускового клапана
1. Глубина установки клапана. Через точку min р1н2 проведем пря мую, параллельную прямой 5. На этой прямой отмечаем точку, давле ние в которой меньше давления в межтрубном пространстве на величи ну 0,3 МПа + А/?Г1. Горизонталь, проведенная через эту точку, и опреде ляет /73 установки третьего клапана. При работе через третий клапан давление на выходе второго клапана повысится до max р гн2, которое определяется так, как и в предыдущем случае.
Давление закачиваемого газа через третий клапан должно быть вьг ше давления открытия второго клапана на величину [20]:
Л/?,2= (max р т2 - min р,и2) к,р. |
(4.4.4) |
При этом второй клапан остается закрытым во время работы т р е т ь е го клапана.
2.Минимальный расход газа через третий клапан определяется так же, как и для второго.
3.При расчете отверстия в третьем клапане (см. рис. 4.4.7) давление на входе принимается равным ргн2- (Д/?гi + Дрг2), а на выходе min ртк3.
Аналогичным способом расставляются и последующие клапаны вплоть до глубины установки рабочего клапана.
4.5.РАСЧЕТ ГАЗЛИФТНОЙ УСТАНОВКИ,
ОБОРУДОВАННОЙ КЛАПАНАМИ, ДЕЙСТВУЮЩИМИ ОТ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ЛИФТЕ
Установка рассчитывается графическим способом в координатах давление - глубина (рис. 4.5.1).
1.Подобно расчету газлифтной установки, оборудованной клапана ми, действующими от давления нагнетаемого газа, от точки забойного давления /?заб строят кривую распределения давления газожидкостной смеси в лифте для определения глубины установки рабочего клапана (кривая / на рис. 4.5.1) [20].
2.Строят кривую распределения давления в лифте для дегазирован
ной жидкости (кривая 2 на рис. 4.5.1).
3.Строят линию распределения давления газа в затрубном про странстве (кривая 3 на рис. 4.5.1).
4.Строят кривую минимального градиента жидкости (кривая 4 на рис. 4.5.1).
5.Строят линию открывающих давлений (прямая 5):
а) находят верхнюю точку линии открывающих давлений (Г,), от крывающее давление на поверхности равно сумме устьевого давления (ру) жидкости и одной четверти пускового давления нагнетания (р„);
б) находят нижнюю точку (Г2) линии открывающих давлений, кото рая лежит на середине отрезка, проведенного на глубине (Я псрф), между линией давления нагнетания газа и кривой минимального градиента жидкости;
в) соединяют найденные точки прямой линией (линия 5).
Точка пересечения линии открывающих давлений (линия 5) с кри вой / является глубиной установки рабочего клапана.
6. Рассчитываем глубину установки верхнего клапана по формуле, используемой ранее в расчете газлифтной установки (#|).
7 Проводим линию глубины расположения верхнего клапана. Пере сечение этой линии с линией открывающих давлений дает точку, соот ветствующую давлению открытия верхнего клапана (роп\).