Режимных параметров работы газлифтных подъёмников
Основные расчёты по определению конструкции и
При проектировании газлифтной эксплуатации скважины необходимо увязать между собой рабочее давление закачки газа Рр, расход закачиваемого газа Vo.зак, глубину ввода газа L (длину подъёмных труб) и диаметр подъёмных труб d. Дебит скважины Q и забойное давление Рз известны из проекта разработки. Давление на выкиде P2 определяется из условия нефтегазосбора продукции. Тогда для задаваемых значений d и R o.зак, строят кривую распределения давления от давления Р2 по принципу сверху - вниз и от давления Рз по принципу снизу-вверх (рис. .7). Точка пересечения этих линий определяет глубину ввода газа L и давление газа на этой глубине P1. По формулам расчета нисходящего потока газа определяют рабочее давление Pp. Поскольку в системе находится текучая среда, то изменение давления в одной точке, например Рр, приводит к изменению давлений во всей системе.
Для целей промысловой практики можно ограничиться расчётом по методике А. П. Крылова. Расчёт включает определение длины L и диаметра d НКТ, расхода закачиваемого газа Vo.зак и давлений.
Расчёты выполняют при двух условиях:
- отбор жидкости из скважины ограниченный; это означает, что известен дебит Q по жидкости, забойное давление Рз, расход притекающего газа Vг; причины ограничения дебита - отбор жидкости из скважины неограниченный, то есть дополнительно подлежат определению Q, Рз, Vг;
- неограниченный отбор жидкости назначают из сильно обводненных (более 80 %) скважин при форсировании отборов из залежи или с, целью освоения скважин; однако во всех случаях нельзя допускать разрушения пласта, роста газового фактора и обводненности.
Рисунок 7. Кривые распределения давления вдоль ствола газлифтной скважины
Отбор жидкости, ограничен
Ограничение дебита Q равносильно фиксации забойного давления Рз согласно уравнению притока (13) вида
(13)
откуда
(14)
где Рпл – пластовое давление;
n – показатель режима фильтрации жидкости (1≥ n ≥ 0,5);
К0 – коэффициент пропорциональности уравнения притока (при n = 1 соответствует величине К0 – коэффициенту продуктивности).
Рабочее давление Рр известно для принятой системы газоснабжения и газораспределения. Давление у башмака труб Р1 принимают обычно на 0,3 – 0,4 МПа меньше рабочего давления Рр. Если РЗ > Р1, то длина подъёмных труб (глубина ввода газа при использовании рабочего газлифтного клапана) определяется выражением
(15)
где Н - глубина скважины;
ρсм - плотность смеси нефти, воды и газа в зоне от башмака до забоя (среднее арифметическое значение для условий башмака и забоя).
При Р з 
Р1 трубы устанавливают на 20 - 30 м выше верхних отверстий перфорации, чтобы закачиваемый газ не мешал нормальному притоку нефти или не поступал в продуктивный пласт вверх по его восстанию.
Затем определяют:
- диаметр труб по формуле А. П. Крылова при оптимальном режиме
(16)
- удельный расход газа R0.опт при оптимальном режиме вычисляется по формуле следующего вида:
(17)
где
(18)
Относительное погружение труб ε определяется из выражения:
(19)
Для достижения наибольшей оптимальной подачи на основе практических данных следует обеспечивать относительное погружение ε = 0,6.
Этих формулах используются следующие размерности:
q, V0 – м3/с; L, d – м; ρ - кг/м3;
g – м/с2;Р – Па; R0 – м3/м3.
Удельный расход закачиваемого газа определяется как
(20)
Расход закачиваемого газа будет определяться как
(21)
Эффективный газовый фактор в подъёмных трубах определяется из выражения:
(22)
здесь усредненный по длине труб расход газа определяется из выражения следующего вида:
(23)
где nв = Qв/Qж – обводненность продукции (доля воды);
Qв – расход добываемой попутно с нефтью воды;
Qж = Qн + Qв – расход (дебит) жидкости;
G0 – газовый фактор (количество газа, выделяющееся из нефти при снижении давления до атмосферного давления Р0 и взятое из расчёта на единицу расхода нефти Qн или расход добываемого газа, отнесенный к расходу добываемой нефти Qн);
αр – коэффициент растворения газа в нефти.
С позиции рационального расходования пластовой энергии подъёмник должен работать при условии максимального коэффициента полезного действия, т.е. при максимальном удельном расходе газа
(24)
Если рассчитанный диаметр d не совпадает со стандартным диаметром НКТ, то принимают ближайший меньший стандартный.
Если же, заданный дебит не обеспечивается при оптимальном режиме, то расчёт выполняют при максимальном режиме, либо устанавливают режим, промежуточный между оптимальным и максимальным, либо переходят на центральную систему подъёмника, принцип расчёта при которой изложен ниже.
Отбор жидкости не ограничен
В данном случае основное требование расчёта сводится к достижению возможно большего дебита скважины Q или равносильно наименьшего забойного давления Рз, которое достигается, как это следует из формулы (15), при спуске труб до забоя. Тогда трубы устанавливают на 20 - 30 м выше верхних отверстий перфорации. Понятно, что Р Рз. При данном условии ограничения отбора могут быть вызваны либо экономическими причинами, либо техническими, а именно:
- ограничен удельный расход закачиваемого газа, то есть, исходя из экономических соображений, задан допустимый удельный расход газа R o доп;
- ограничена пропускная способность подъёмника.
В случае первой причины неизвестны Рз и d. Для их определения можно составить систему двух уравнений, принимая режим работы оптимальным:
(25)
где Q, Qo опт, Ro опт и Gэф определяют соответственно по формулам (13) (14), (26) (17) и (22).
Оптимальный режим определяется в данном случае по выражению вида:
(25)
Так как Р1 Рз., то выражая из первого уравнения d и подставляя во второе, находят Рз, затем - d, по уравнению притока (12) - дебит скважины, а расход газа по уравнению вида
(26)
Диаметр мало влияет на определение Рз, поэтому обычно сначала задаются d = 0,063 м, из первого уравнения определяют Рз, по уравнению притока (13) вычисляют дебит, а по нему с использованием формулы (26) - диаметр d.
Для глубоких скважин может оказаться, что Р1 < Рз, тогда выражают по формуле (15) и подставляют в уравнения системы (25).
Если расчётный диаметр НКТ d окажется больше максимально возможного диаметра для данной эксплуатационной колонны или удельный расход закачиваемого газа не ограничен (вторая причина), то расчёт ведут для центральной системы подъёмника.
В случае ограничения дебита второй причиной для определения неизвестного забойного давления составляют уравнение по условию совместной согласованной работы пласта и газлифтного подъёмника при максимальном режиме
Q = Qmaх (27)
Q и Qmax определяется формулами (13) и (28).
(28)
Длину труб L определяется по формуле (15).
Расчёт выполняют для кольцевой и центральной систем.
Из двух найденных значений Рз принимают меньшее. Затем определяют остальные величины по соответствующим формулам. При расчётах для центральной системы следует использовать эквивалентные диаметры подъёмных труб. Зачастую отбор жидкости по затрубному пространству недопустим (например, при отложении парафина в стволе), тогда ограничиваются только кольцевой системой подъёмника.