§ 10 Пуск газлифтных скважин

Так как эксплуатация скважин осуществляется бесперебойно, их приходится останавливать, а затем вновь использовать. Рас­смотрим процесс пуска скважины, оборудованной двухрядным подъемником. При нагнетании газа жидкость в межтрубном пространстве колонн насосно-компрессорных труб оттесняется вниз, а вытесняемая перетекает в трубы малого диаметра и затрубное пространство между НКТ большого диаметра и экс­плуатационной колонной, в результате чего уровень в них становится выше статического. Поэтому давление на забое станет выше пластового и часть жидкости поглотится пластом. На любой момент времени давление закачиваемого газа соот­ветствует гидростатическому давлению столба жидкости вы­сотой, равной разности уровней в трубах малого диаметра (или затрубном пространстве) и межтрубном пространстве. По мере нагнетания газа увеличивается разность уровней и возрастает давление закачиваемого газа. На рис. VII. 18 приведена кривая изменения давления нагнетаемого газа в зависимости от вре­мени при пуске скважины. В случае постоянного расхода газа давление сначала растет быстро, а затем медленно. Это объ­ясняется увеличением поглощения жидкости пластом в резуль­тате увеличения забойного давления с повышением уровня в НКТ малого диаметра (подъемных трубах) и затрубном про­странстве. Давление закачиваемого газа во время достижения уровня жидкости в межтрубном пространстве башмака подъем­ных труб будет максимальным. Это давление называется пус­ковым (Рпус). При дальнейшем нагнетании газа объем обра­зуемой газожидкостной смеси увеличивается, уровень ее в подъ­емных трубах перемещается вверх и достигает устья скважины. Как только начнется излив газожидкостной смеси, давление на башмаке подъемных труб уменьшится. Станет меньше и давление нагнетаемого газа за счет более интенсивного по­

Рис. VI 1.18. Схема скважины, оборудованной двухрядным подъемником (а), и кривая изменения давления нагнетаемого агента от времени при пуске скважины (б) (к расчету пускового давления)

ступления его из межтрубного пространства в подъемные трубы. Уменьшается и давление на забое (оно отличается от давления закачиваемого газа на гидростатическое давление столба жид­кости на участке от забоя до башмака подъемных труб). Когда оно станет меньше пластового,-из продуктивного пласта начи­нает поступать жидкость. Это отражается на форме кривой па­дения давления (см. рис. VII. 18). Давление сначала падает быстро, а затем медленнее. Наступает момент, когда подъем­ник не обеспечивает вынос всей поступающей жидкости, в ре­зультате башмак подъемных труб перекрывается жидкостью. На рис. VII. 18 этому моменту времени соответствует минималь­ное значение давления газа. Так как поступление газа продол­жается, давление в межтрубном пространстве увеличивается, уровень жидкости снова оттесняется до башмака НКТ малого диаметра и процесс повторяется. Среднее давление нагнетае­мого газа при установившемся режиме газлифтной скважины называется рабочим р_р (см. рис. VII. 18).

Пусковое давление зависит от конструкции газожидкостного подъемника, коэффициента продуктивности скважины и по­дачи компрессора, но всегда находится в следующих пределах:

рж^А < Рпус < P*gL, (V11.16)

где h — глубина погружения подъемника под статический уро­вень; L — длина газожидкостного подъемника (см. рис. VII. 18). Это давление будет минимальным при абсолютно поглощаю­щем продуктивном пласте, когда любое превышение уровня жидкости над статическим вызывает моментальное поглощение

ее в пласт, максимальным — при высоком положении статиче­ского уровня, когда жидкость в подъемных трубах достигает устья раньше, чем газ в межтрубном пространстве доходит до их башмака.

Значение рлус*н время пуска скважины можно рассчитать при любой конструкции подъемника и заданной подаче ком­прессора. Расчеты сложны, и поэтому желательно использовать ЭВМ. Если пренебречь поглощением жидкости пластом во время пуска скважины, расчеты становятся элементарными. В этом случае р_пус не зависит от подачи компрессора и опреде­ляется только конструкцией подъемника.

Выведем формулу для определения пускового давления для двухрядного газожидкостного подъемника (см. рис. VII. 18). Когда уровень жидкости в межтрубном пространстве достигает башмака подъемника

р_пус=_Рж£(/1 + Л/0, (VII.17)

где h = L—Н_ст. Здесь ДА определим из равенства объемов жидкости, вытесненной из межтрубного пространства и посту­пившей в подъемные трубы и затрубное пространство, что спра­ведливо при отсутствии поглощения жидкости пластом:

Н"<*^₌ЬН[^-+"У-®]. (VII.W,

Подставив в (VII. 17) ДЛ, согласно (VII. 18), получим

Рпус - Pmgh °\-- • (VI1.19)

Подобным же образом можно определить пусковое давление для однорядного подъемника: при кольцевой подаче газа

P**^pm~i (VI 1.20)

а-

при центральной подаче газа

*

Рп_Ус-РжЯЛ—■ (VII.21)

и- — а*

Рабочее давление всегда меньше пускового, так как дина­мический уровень в скважине ниже статического. Поэтому, казалось бы, что для нормальной работы газлифтных скважин необходимо располагать на промыслах источниками, позволяю­щими получать пусковое и рабочее давления. Действительно, иногда устанавливают группу компрессоров, рассчитанных на давление, достаточное для пуска скважин. В этом случае к ГРП подводят две линии: пускового и рабочего давления. Для этих целей используют также передвижные компрессорные уста­новки. Но чаще всего применяют один из методов снижения пускового давления. Наиболее распространен метод снижения давления с помощью пусковых клапанов.

Пусковые клапаны / помещают внутри колонны НКТ в спе­циальных камерах на участке между статическим уровнем и башмаком подъемных труб (рис. VII. 19, а). Первый клапан располагают на такой глубине, чтобы давление закачиваемого газа было достаточно для оттеснения жидкости приблизительно

Рис. VI 1.19. Схема процесса пуска газ­лифтной скважины.

Ст. ур.~ статический уровень

Рис. VI 1.20. Схемы пусковых газлифт­ных клапанов сильфонного типа.

Действие клапана в результате изменения давления:

а — нагнетаемого газа: б — газожнд костной смеси; давление: р_с — в сильфоне; р_г—газа

на глубине установки клапана; р_т — в трубах

на 20 м ниже клапана. Газ нагнетается в НКТ через открытый клапан, газирует жидкость, при этом уровень образовавшейся смеси поднимается (см. рис. VII. 19, б). Во время излива смеси в выкидную линию давление в НКТ на уровне первого клапана падает, это вызывает понижение забойного давления. Так как давление закачиваемого газа не изменяется (пропускная спо­собность клапана ниже компрессора), то с уменьшением за­бойного давления уровень жидкости в затрубном пространстве начнет опускаться. На 20 м выше нижнего положения уровня расположен второй клапан. Как только газ начинает поступать в НКТ через два клапана, верхний закрывается (см. рис. VII. 19, в). Жидкость газируется на большем интервале колонны НКТ и изливается в коллектор. Это ведет к уменьшению забойного давления. Уровень в затрубном пространстве достигает третьего пускового клапана, второй клапан закрывается. Процесс по­вторяется до тех пор, пока газ не начнет поступать в подъем­ные трубы через рабочий клапан 2 (см. рис. VII. 19, г). Пуско­вые клапаны устанавливают на 20 м выше положения уровня жидкости, чтобы поступление газа в НКТ осуществлялось при начальном перепаде давления.

На промыслах в основном используют сильфонные газона­полненные клапаны (рис. VII.20).

Рабочий клапан 2 (см. рис. VII. 19) предназначен для пред­отвращения пульсаций в скважине при поступлении газа через башмак колонны насосно-компрессорных труб. Длина такой колонны должна быть на 50 м больше расстояния от устья до рабочего клапана. При установившемся режиме эксплуатации скважины уровень жидкости в затрубном пространстве нахо­дится на 10—20 м ниже рабочего клапана.