6.2.1.Характеристика процесса пуска

Этот процесс осуществляется для ввода в работу новых и от­ремонтированных скважин. Перед пуском скважина заполнена жидкостью (дегазированной нефтью, водой или другой жидко­стью глушения). Уровень ее в скважине соответствует пласто­вому давлению. Сущность пуска скважины заключается в вы­теснении жидкости газом в линии газоподачи до башмака подъ­емных труб методом продавки и вводе газа в подъемные трубы. Схема пуска скважины и динамика давления закачиваемого газа на устье при пуске показаны на рис. 6.3. Для общности рассмотрения принят двухрядный подъемник.

Наибольшее давление газа, которое возникает при пуске, на­зывают пусковым давлением р_п. Давление закачки газа в про­цессе эксплуатации скважины называют рабочим давлением р_р, причем р_п>р_р. Это обусловлено следующим: а) пуск осуществ­ляется при статическом уровне h_ст, а работа — при динамиче­ском h_д<h_ст (депрессия уровня Δh_o= h_ст — h_д); соответственно погружение труб под уровень h₁<.h; б) в подъемных трубах уровень повышается на высоту Δh и на момент поступления газа в НКТ условное погружение составляет h + Δh>h>h₁.

При пуске вытесняемая жидкость как правило, перемеща­ется в подъемные трубы и затрубное пространство и частично поглощается пластом. Достигнув башмака подъемных труб, газ поступает в них и, расширяясь, всплывает. Плотность газожид­костной смеси уменьшается, уровень ее повышается до устья, после чего происходит выброс части жидкости, уровень жидко­сти в затрубном пространстве снижается ниже h_ст, начинается приток жидкости из пласта. При достаточном расходе газа скважина, выходит на рабочий режим.

В процессе снижения уровня жидкости в линии газоподачи до башмака подъемных труб и повышения уровня смеси в подъ­емных трубах до устья давление закачиваемого газа монотонно увеличивается до наибольшего значения р_п. При выбросе жид­кости оно резко уменьшается и после нескольких колебаний, обусловленных инерционностью потоков в системе «пласт — скважина», достигает значений р_р при непрерывном и достаточ­ном расходе газа. В «сухих» скважинах (отсутствие гидродина­мической связи скважины с пластом, пласт непродуктивный) оно снизилось бы до значения потерь давления на трение газа (см. пунктирную линию на рис. 6.3, б).

Рис. 6.3. Схема пуска скважины в эксплуатацию.

6.3. Пуск газлифтной скважины в эксплуатацию (пусковое давление)

Эксплуатация скважин не протекает бесперебойно. По различным причинам их приходится останавливать для ремонта и вновь пускать в эксплуатацию. Пуск газлифтных скважин имеет некоторые особенности, связанные с принципом их работы. Рассмотрим пуск газлифтной скважины, оборудованной однорядным подъемником, работающим по кольцевой системе. Процесс пуска состоит в доведении закачиваемого газа до башмака подъемных труб, т. е. в отжатии газом уровня жидкости до башмака. Это означает, что объем жидкости в межтрубном пространстве V₁ должен быть вытеснен нагнетаемым газом (рис. 6.5). Вытесняемая жидкость перетекает в подъемные трубы, в результате чего уровень в них становится выше статического. Возникает репрессия на пласт, определяемая превышением столба жидкости Δh над статическим уровнем, под действием которой должно произойти частичное поглощение жидкости пластом. При плохой проницаемости пласта или наличии на забое илистых осадков, которые могут играть роль обратного клапана, т. е. пропускать жидкость из пласта и препятствовать ее поглощению, вся вытесняемая жидкость перетечет в подъемные трубы, так что объем V₁ будет равен объему жидкости V₂ перемещенной в трубы. При частичном поглощении жидкости пластом V₂ < V₁. Обозначим в общем случае

, (6.3)

где α <1 при поглощении и α = 1 без поглощения. Введем обозначения: h - погружение башмака подъемных труб под статический уровень; Δh - повышение уровня (над статическим) в подъемных трубах; f_г - площадь сечения межтрубного пространства, куда закачивается газ; f_ж - площадь сечения подъемных труб, куда перетекает жидкость. Тогда

(6.4)

Рис. 6.5. Положение уровней жидкости при пуске газлифтной скважины

Подставляя (6.4) в (6.3) и решая относительно, получим

(6.5)

В момент пуска газлифтной скважины, т. е. когда уровень жидкости в межтрубном пространстве будет оттеснен до башмака, давление газа, действующее па этот уровень, будет уравновешиваться гидростатическим давлением столба жидкости высотой h + Δh в подъемных трубах. Это и будет то максимальное давление газа, которое называется пусковым, необходимое для пуска газлифтной скважины. Таким образом,

. (6.6)

Подставляя в (6.6) значение Δh согласно (6.5) и вынося h за скобки, получим

. (6.7)

Это и будет формула для определения пускового давления.

Повторяя аналогичный вывод для работы газлифтной скважины по центральной системе, обозначая при этом, как и прежде, fг - сечение трубы, куда закачивается газ, и fж - сечение, по которому поднимается жидкость (в этом случае межтрубное пространство), мы получим точно такую же формулу (6.7). Более того, для двухрядного подъемника, обозначая также fг - сечение того пространства, куда закачивается газ, а fж - сечение того пространства (или сумму тех межтрубных пространств), в которое перетекает жидкость, мы получим (формулу, совпадающую с формулой (6.7).

Таким образом, формула (6.7) является наиболее общей для определения пускового давления газлифтной скважины, оборудованной как однорядным, так и двухрядным подъемником, работающим как по кольцевой, так и по центральной системе.

Применительно к схеме, показанной на рис. 6.5, будем иметь

,

, (6.8)

где D_в - внутренний диаметр обсадной колонны; d_н , d_в - наружный и внутренний диаметры подъемных труб. Подставляя (6.8) в формулу (6.7), получим

(6.9)

Пренебрежем толщиной стенок труб, т. е. примем dн = dв = d и допустим, что α = 1 (поглощения нет - наиболее трудный с точки зрения пускового давления случай). После некоторых преобразований получим

(6.10)

Для того же однорядного подъемника, работающего по центральной системе, имеем

,

, (6.11)

После подстановки (6.11) в основную формулу (6.7) получим

. (6.12)

При указанных выше допущениях (α = 1, dн = dв = d)

. (6.13)

Для двухрядного лифта, работающего но кольцевой системе,

,

, (6.14)

где d_1в, d_1н - внутренний и наружный диаметры первого ряда труб (большего диаметра), d_2в, d_2н - то же, для второго ряда труб (малого диаметра).

При подстановке (6.14) в формулу (6.7) получим

. (6.15)

Пренебрегая толщинами стенок и считая, что d_1н = d_1в = d₁ и d_2н = d_2в = d_2, а также принимая α = 1, получим

. (6.16)

Для того же двухрядного подъемника, работающего по центральной системе, имеем

. (6.17)

Или

. (6.18)

При допущениях α = 1, d₁н = d₁в = d₁ и d₂н = d₂в = d₂, получим

. (6.19)

Формула (6.19) совпадает с (6.13), так как пренебрежение толщиной стенок первого ряда труб при работе двухрядного подъемника по центральной системе равносильно их отсутствию.

Таблица 6.1.