10.2. Конструкция газлифтных подъемников

Подача газа в скважину осуществляется по одному из изображенных на рис.10.2. схем кольцевой или центральной.

При кольцевой схеме газ подается по кольцевому пространству, образованному двумя колоннами концентрично расположенных насосоно-компрессорных труб – наружной и внутренней. Подъем газожидкостной смеси приводится по внутренней (центральной) колонне. Такой подъемник называется двухрядным.

При однорядном подъемнике сжатый газ подается по кольцевому пространству, образованного обсадной колонной и центральными трубами, а ГЖЗ – по центральным трубам.

Вариантом двухрядного подъемника является применение наружной нагнетательной колонны, составленной из труб двух диаметров, это удешевляет конструкцию, и улучшает вынос песка с забоя, но исключает возможность допуска центральных труб с целью увеличения погружения. Для проведения этой операции вначале требуется поднять обе трубы, а затем спустить их на расчетную глубину.

Центральная система предлагает работу по обратной схеме: подача газа производится в центральные трубы, а ГЖС поднимается по кольцевому пространству. По этой схеме удается увеличить скорость движения газа и за счет этого снизить давление пусковое. Но вследствие подъема ГЖС по кольцевому пространству, возникают отложения из-за абразивного износа муфт центрального ряда труб, отложение на их наружных поверхностях по кольцевому пространству . По этой схеме удается увеличить скорость движения газа и за счет этого снизить давление спусковое. Но вследствие подъема ГЖС по кольцевому пространству, возникают отражения из-за абразивного износа муфт центрального ряда труб, отложение на их наружных поверхностях парафина или солей. Поэтому на практике применяют в основном подъемники кольцевой системы.

Однако применение двухрядных подъемников не всегда технически и экономически целесообразно из-за резко возрастающей металлоемкости системы и повышения стоимости эксплуатации. Поэтому в качестве второго ряда труб (наружных) используют повсеместно обсадную колонну. Когда обсадная колонна имеет низкую механическую прочность или повреждена применение второго ряда труб оправдано технически.

10.3. Расчет пускового давления

В неработающей скважине, подъемный лифт оказывается погружен под статистический уровень жидкости на величину h(рис.10.3) . Рассмотрим процесс пуска в работу газлифтной скважины. В первоначальный момент сжатый газ под давлениемР_рподается в кольцевое пространство площадьюf_ги оттесняет жидкость со статистического уровняАА, которое она занимала в неработающей скважине до башмака центральной колонныББ. Вытесняемая жидкость имеет возможность перейти в центральные трубы, поднявшись на величину, превышающую статистический уровень наh. Таким образом, изменение объемов жидкостей в затрубном пространстве и в центральных трубах связываются следующим соотношением

V₂=aV_{1 ,} (10.9)

где  - коэффициент поглощения. Если поглощение жидкости пластом при воздействии на нее газом имеет место, то<1, если нет-=1

V₁=f_ch, (10.10)

V₂=f_жh, (10.11)

h=(10.12)

Рабочее давление газа Р_Рпо мере вытеснения жидкости будет возрастать до начала перетока его в центральные трубы (Р_пуск ). Причем конечное давлениеР_пускбудет тем выше, чем больше столб жидкости, занимающей затрубное пространство

Очевидно, что

Р_пуск=(10.13)

Подставив значение hиз (16.12) в (10.13), получим

(10.14)

Известно, что

(10.14)

Возможны случаи, когда h_ст =0, т.е. кольцевое пространство скважины и подъемная колонна заполнена жидкостью до устья. В этом случае при пуске скважины жидкость будет перетекать из лифта в систему сбора, где установилось давлениеР_сб. Тогда величина пускового давления определяется так:

(10.15)

Для наклонной скважины со средним зенитным углом кривизны пусковое давление составит

Р_пуск=(h+h)gcos (10.16)

При h_ст =0,h+h=L,т.е. длина колонны подъемных труб , иР_пуск определяется из формулы

Р_пуск=Lgcos+Р_сб (10.17)

На рис.10.4. приведен график изменения давления на устье при пуске газлифтной скважины. При точных расчетах следует учитывать давление столба газа в затрубном пространстве, которое будет уменьшать Р_пускна величинуР

, (10.18)

, (10.19)

где ₀– плотность нагнетаемого газа в стандартных условиях(Р₀,Т₀). Т_ср– средняя температура в скважине;z_ср–средний коэффициент сжимаемости приТ_ср, Р_ср. Тогда

(10.20)

В практических расчетах при определении пускового давления пользуются формулой

Р_пуск=hgm, (10.21)

где m- коэффициент учитывающий вид системы и соотношение диаметров труб и определяемый по таблице:

Таблица 10.1.

	Значение m
	однородный	двухрядный
	кольцевой / центральный	кольцевой / центральный
с учетом толщины стенки труб	8,49 1,1335	1,285 1,1335
продолжение таблицы 10.1
без учета толщины стенки труб	8,93 1,1261	1,308 1,1261

Опыты показали, что переход от однородного подъемника к двухрядному кольцевому позволяет снизить Р_пускдо 30,8%, а переход на центральную систему снижаетР_пускна 12,61%. Неучет толщины стенок труб вносит в расчеты погрешность до 5%. Иногда расчетная величина пускового давления оказывается выше давления, разбиваемого компрессором. Очевидно, что в этом случае пуск скважины невозможен. В таких условиях прибегают к нескольким методам.

1.Оттеснение жидкости из затрубного пространства на величину возможного давления компрессора, которая определяется из расчетной формулы (10.14)

, (10.22)

где h₁ - расчетное погружение НКТ под статистический уровень при возможном давлении компрессораР_к. После этого производят допуск труб на величинуh₂  h, и т.д. до проектной величины и запускают скважину.

Метод трудоемок, так как требует демонтажа арматуры и проведения спуско-подъемных операций.

2.Переключение подачи скорости газа с кольцевой системы на центральную, что позволяет снизить Р_пуск (для однорядного подъемника) в 7,5 раза (табл.1 +8,49: 1,1335=7,5). Метод прост. Достаточно оборудовать устье скважины соответствующим образом.

3.Снижение статистического уровня путем поглощения жидкости пластом до проектно, соответствующей давлению компрессора, величины. Метод прост, но возможен при наличии продуктивных пластов, поглощаемых жидкость.

4.Применение специальных пусковых компрессоров, развивающих высокое давление, равное Р_пуск , их отключение после пуска скважины и перевод на работу обычными компрессорами.

5.Применение пусковых отверстий, установленных на разных глубинах, через которые, начиная с первого, установленного выше остальных, начинает поступать газ а НКТ. Он вытесняет порцию жидкости, уменьшает ее плотность, и таким образом, уменьшает противодавление столба в кольцевом пространстве.

Газ оттесняет жидкость до второго отверстия и т.д. до башмака НКТ. Глубина установки первого отверстия определиться из формулы (10.15), где Р_пускприравнивается максимально возможной величине давления компрессораР_к , а величина погружения под статистический уровеньh приравнивается величине установки первого отверстия под уровеньХ₁, тогда

(10.23)

Глубина установки первого отверстия от устья L₁,составит (рис.10.5)

L₁=h_ст+X₁ (10.24)

Давление в кольцевом пространстве при наличии отверстия изменяется по графику, приведенному на рис. 10.6.

Пусковое давление Р_пускснижается на величинув момент оттеснения уровня до первого отверстия и входа газа в него. Затем газ интенсивно газирует жидкость в подъемнике и поднимает ее, что ведет к резкому снижению пускового давления в течение времени с величиныдоР. На уровне второго отверстия можно ожидать дальнейшего снижения давления и т.д.

Глубина установки второго отверстия Х₂определяется, если мы зададим (или определим) величину минимального давления на уровне первого отверстия(Р₀₁)_min

, (10.25)

L₂=L₁+X₂ (10.26)