книги / Сборник задач по технологии и технике нефтедобычи

Рис. 8.7. Номограмма для определения диаметра отверстия седла клапана

5. Расход газа через клапан, при котором давление в подъемной колонне на глубине L ± снижается до /jTmini (профиль 4). Так как профиль 4 соответствует оптимальным условиям работы скважины, то удельный расход газа будет минимально возможным или близ­ ким к нему. Расход газа через первый клапан, так же как и через последующие, при этих условиях будет одинаковым и равным

Vr = Я г < ? ж с т /8 6 400, м3/с.

6. Диаметр отверстия седла клапана четом, либо по номограммам (рис. 8.7).

Расчетный способ определения Д,т основывается на формуле истечения газа через штуцер; при этом принимают газ идеальным, истечение без трения и изменение состояния газа адиабатическое.

ответствующее давлению в затрубном пространстве скважины на глубине его установки, МПа; р 2 = ртminl — абсолютное давление после отверстия клапана, соответствующее давлению в подъемной

171

колонне на глубине его установки, МПа; 7 \ — температура газа в затрубном пространстве перед клапаном, К; рг — относительная

С.............................. 0,283 0,297 0,351 0,391 0,420 0,441 0,455 0,463 0,465

Применение формул (8.22), (8.23) ограничено критическим от­ ношением давлений, при котором скорость потока достигает ско­ рости звука,

вании (8.23) предварительно определяют фактическое отношение

(pJPi)кРЕсли фактическое отношение давлений превышает кри­ тическое, то (8.23) принимают без ограничений.

Графически dor определяют по номограммам [3], составленным на основе уравнения истечения газа (см. рис. 8.7). Если плотность газа и его температура отличны от условий, для которых построена

172

9.Определяют следующие тарировочные параметры клапана:

Кл а п а н 2. Последовательно определяют.

1.Глубину установки клапана L a.

Для определения глубины установки второго клапана необхо­ димо рассчитать снижение давления газа в затрубном пространстве Ар у (8.11), обеспечивающее закрытие первого клапана при поступ­ лении газа в подъемную колонну через второй. В данном случае возникает неопределенность, так как положение второго клапана неизвестно. Ориентировочно принимаем Ар х = 0,1 МПа. Глубину L 2 определяют координатой положения (см. рис. 8.5) точки пересе­ чения прямой 8, проведенной из точки (Н = L^\ р = ртхп1п1), расположенной на профиле 4, параллельно профилю 2*, с прямой, проведенной параллельно профилю 5 на расстоянии Ар = Ьркл + -)- Apj = 0,3 -Г 0,1 = 0,4 МПа.

2. Максимальное давление в подъемной колонне на уровне пер­ вого клапана ртmaxi при поступлении газа через второй клапан. Определяют координатой р точки пересечения горизонтали Н = L ,

5. Давление газа в затрубном пространстве на глубине L 2—рто2 определяют координатой р точки пересечения горизонтали Н = L a

7. Диаметр отверстия седла клапана dot либо по (8.23), либо по номограмме (см. рис. 8.7), предварительно скорректировав рас­

* Предполагается, что в процессе продавки жидкости из затрубного пространства от глубины первого клапана до глубины второго начинается приток жидкости из пласта в скважину.

173

Кл а п а н 3. Последовательно определяют.

1.Глубину установки клапана L3.

При определении глубины установки третьего клапана необ­ ходимо знать снижение давления газа в затрубном пространстве Ар2, обеспечивающее закрытие второго клапана при поступлении газа в подъемную колонну через третий клапан. Так же как и в предшествующем случае (клапан 2) возникает неопределенность, так как положение третьего клапана неизвестно. Ориентировочно принимаем Др2 = 0,1 МПа. Глубину L3 определяют координатой положения (см. рис. 8.5) точки пересечения прямой, проведенной из точки (Я = L2; р = ртты г), расположенной на профиле 4, па­ раллельно профилю 2, с прямой, проведенной параллельно про­ филю 5 на расстоянии

п — I

Др = Дркл + £ ДР<-

<■= I

2. Максимальное давление в подъемной колонне на уровне вто­ рого клапана ртшах 2 на момент начала поступления газа через третий клапан определяют координатой р точки пересечения го­

3. Расчетное снижение давления в затрубном пространстве Др2

5. Давление газа в затрубном пространстве на глубине L3—рготз определяют координатой р точки пересечения горизонтали Я = L3 с прямой, проведенной параллельно профилю 5 на расстоянии

Др,= П£ Др(.

( = 1

6. Температуру газа в затрубном пространстве на глубине L3—Т 3 определяют координатой р точки пересечения горизонтали

Я= L3 с профилем 6.

7.Диаметр отверстия седла клапана Д,т либо по (8.23), либо по номограмме (см. рис. 8.7), предварительно скорректировав рас­ ход газа Уг (формула 8.21) поправочным коэффициентом К 3 (фор­

мула 8.27) по (8.26), при этом за давление на входе принимается

Р го т з> а На ВЫХОДе Р тш тз*

174

Аналогично рассчитывают последующие клапаны. Расчет про­ водят до момента, пока глубина установки л-го пускового клапана не превысит глубину установки рабочего, т. е. Ln > LpK. Расчет прекращают на л—1-м пусковом клапане. Предельную глубину установки рабочего клапана определяют координатой положения

точки пересечения профиля 3 с прямой, проведенной параллельно

п—1

профилю 5 на расстоянии Др = Р т — Аркд— £ Ар*. i = i

З а д а ч а 8.1. Выбрать оптимальный режим работы скважины, оборудованной газлифтной установкой непрерывного действия при

из условия обеспечения необходимого запаса прочности, для чего определяем по (8.1) допустимую глубину спуска

расходы газа а (формула 8.2) при удельном расходе пластового газа а п = 20 м3/м3 (формула 8.3) будут: 20, 70, 120, 170, 270,

370м3/м8.

3.Рассчитываем и строим профили давления р = f (Н)* для

принятых а, начиная с а = 0 однофазного потока (см. рис. 8.2).

4.Вычисляем забойное давление по (8.4). Рзаб= Ю—40/50=9,2 МПа.

5.На кальке в масштабе диаграммы (см. рис. 8.2) проводим координатные оси р и Н. На координатное поле р—Н (см. рис. 8.3)

6.Рассчитываем и строим профиль давления нагнетаемого газа

взатрубном пространстве скважины, для чего последовательно вычисляем следующие параметры.

Температурный градиент потока в подъемных трубах по (5.10)

“ п = (0 ,0 0 3 4 + 0 ,7 9 ■0 ,0 1 5 )/ ю 40 ( аб400‘ 2 0 - о.обзз2,67) = 0 0140 к/м >

* Расчет профилей р = f (Я) произведен по обобщенным зависимостям (см. гл. 5).

175

рис. 8.3) на диаграмму (см. рис. 8.2), совмещая при этом оси глубин. Перемещая кальку вниз, последовательно проводим из точки, со­ ответствующей р = 1 МПа, профили давления в подъемной колонне выше возможных точек ввода газа общего удельного расхода а = = 120, 170, 270, 370 м3/м3. Перемещая таким же образом кальку вверх, проводим из точки, соответствующей рзаб = 9,2 МПа, про­ филь давления при а пл = 20 м3/м3.

8. Определяем возможные режимы работы газлифтной уста­ новки, обеспечивающие отбор из скважины <2жст = 40 м3/сут. Данные режимы и их характеристики определяются по точкам пе­ ресечения профилей давления и по расположению этих точек от­ носительно профиля давления нагнетаемого газа в затрубном про­ странстве. Как видно из рис. 8.3, работа установки при удельном расходе нагнетаемого газа RT = 100 м3/м3 (а = 120 м3/м3) не бу­ дет обеспечена, так как давление в затрубном пространстве меньше,

176

9.Определяем по (8.7) для каждого из возможных режимов

энергию для подъема единицы объема жидкости. Например: R r ~

= 4,42-104 кДж/м3.

10. Выбираем оптимальный режим работы газлифтной уста­ новки. Данный режим характеризуется манимальными энергети­ ческими затратами и, как видно из результатов расчета, будет реализован при удельном расходе нагнетаемого газа R r = 150 м3/м3 и глубине установки рабочего клапана Ьрк — Нвг = 1020 м.

З а д а ч а 8.2. Рассчитать, используя исходные данные и ре­ зультаты решения задачи 8.1, систему пуска скважины, оборудо­

На координатном поле р—Я (см. рис. 8.5) в масштабе, соответст­ вующем диаграмме (см. рис. 8.3), последовательно наносим:

из точки ру = 1 МПа — профиль давления в подъемной колонне при оптимальном режиме работы установки (Rr = 150 м3/м3) (кри­ вая 4);

2. Вычисляем по (8.18) превышение уровня жидкости в подъем­ ной колонне над статическим уровнем

жине высокий и перелив ее в процессе продавки из затрубного про­ странства начнется раньше, чем уровень в затрубном пространстве

177

а на расстоянии Аркл = 0,3 МПа прямую, параллельную профилю

так как действительное отношение давлений больше критического, истечение газа через отверстие будет находиться в докритической области);

коэффициент С по (8.24) или справочным данным С = 0,464. диаметр отверстия седла клапана

0,1 (0,974 -303)°'5

2,95-10-3м (2,95 мм).

273 6,77-0,85-0,464

Определяем диаметр отверстия по номограмме (см. рис. 8.7), для чего предварительно рассчитаем:

Уп -=86,4 ■1,2558 • 0,0694 = 7,53 т • м3/сут.

По номограмме величина d0т = 2 мм, т. е. сравнительно близкая к расчетной.

10. Рассчитываем тарировочные параметры клапана: температурный коэффициент Ст ! = 303/293 = 1,034; давление зарядки по (8.15)

рс ст х = (6,67 + 3,87 • 0,067)/( 1,067 • 1,034) = 6,28 МПа;

номинальное давление тарировки по (8.16)

ртар J = 6,28 • 1,067 = 6,70 МПа.

178

2. Определяем максимальное давление в подъемной колонне на уровне первого клапана. Проводим прямую 9, соединяющую точку

определит pTmaxi = 4,8 МПа.

3. Рассчитываем по (8.11) снижение давления газа в затрубном пространстве, обеспечивающее закрытие первого клапана

Др1 = (4,80 — 3,87) 0,067 = 0,062 МПа.

4. На глубине установки клапана L 2 = 883 м последовательно определяем:

минимальное давление в подъемной колонне ртт|П2 = 5,6 МПа; давление газа в затрубном пространстве

Ргог = рг2 — APi = 7,0 — 0,062 = 6,94 МПа;

температуру газа в затрубном пространстве Т 2 = 307 К.

5. Рассчитываем по (8.23) диаметр отверстия седла клапана, для чего предварительно определяем отношение давлений газа после и до отверстия

PilPi = Рт min а/рго г = 5,70/7,04 = 0,809.

(Сравниваем это отношение с критическим (p2/pi)Kp = 0,555, так как больше критического, истечение газа через отверстие при рассматриваемых условиях будет находиться в докритической об­ ласти);

определяем коэффициент С = 0,395. диаметр отверстия седла клапана

0.1(0,974-307)0-5

= 3,19-10“ 3 м (3,19 мм).

2737,04 0,85 0,395

6.Выбираем по табл. 8.1 типоразмер клапана. Рассматривае­

мым условиям удовлетворяет клапан КС с dOT= 5 мм и Кк = 0,067. 7. Определяем давление в сильфоне клапана на глубине его

8. Рассчитываем тарировочные параметры клапана: температурный коэффициент Ст 2 = 307/293 = 1,048; давление зарядки по (8.15)

Pc С Т 2 = (7,0 — 0,062 + 5,6 0,067)/( 1,067 -1,048) = 6,54 МПа;

номинальное давление тарировки по (8.16)

Ртар 2 = 6,54-1,067 = 6,98 МПа.

179

К л а п а н 3. 1. Определяем глубину установки клапана L3, для чего из точки (Я = L t = 883 м, р = рттш2 = 5,6 МПа) про­

2. Так как глубина установки третьего клапана практически близка к глубине установки рабочего LpK = 1020 м, расчет расста­ новки пусковых клапанов прекращаем и третий клапан будет ра­ бочим.

3. Определяем максимальное давление в подъемной колонне на уровне второго клапана. Проводим прямую 11, соединяющую

отношение давлений газа после и до отверстия

p2/Pi — Рт min э/рг оз — 6,57 /7,15 — 0,919;

(так как это отношение больше критического, истечение газа через отверстие третьего клапана будет находиться в докритической области);

коэффициент С = 0,269;

180