4.3. Принципиальные схемы периодического газлифта

Установка с пакером и обратным клапаном на башмаке подъемных труб соз­дает закрытую систему, которая предотвра­щает утечку жидкости обратно в пласт при периодическом на­гнетании газа. Обратный клапан на башмаке подъем­ных труб рекомендуется применять на всех установках периодического газ­лифта.

При периодическом газлифте по существу происходят цик­лические про­дав­­ки жидкости после остановки скважины на заданное время, необходимое для накопления столба жидко­сти в подъемных трубах. При этом в отличие от обыч­ных продавок, применяемых для возбуждения скважин, цикли­ческая про­дав­ка осуществляется при некоторой депрессии на эксплуатируемый пласт. Жид­кость выбрасывается при ис­кусственно увеличенном относительном пог­ру­же­нии колон­ны труб. Хотя это происходит только в начальной стадии срав­ни­тель­но короткого периода выброса, в результате уменьша­ется удельный расход га­за и увеличивается коэффициент по­лезного действия установки по сравнению с непрерывным газ­лифтом. В то же время вследствие искусственного уве­ли­че­ния относительного погружения колонны подъемных труб при периодическом газ­лифте необходимо соответственно большее рабочее давление газа, чем при эксплуа­тации этой же скважины непрерывным газлифтом с малым отно­си­тель­ным погружением колонны труб.

Вследствие искусственного увеличения относительного по­гружения ко­лон­ны труб происходит (как и при любом другом способе периодической эксплуа­тации) подъем динамического уровня жидкости, что приводит к уве­ли­че­нию забойного дав­ления и уменьшению депрессии. Поэтому при периодичес­кой эксплуатации скважины газлифтом дебит жидкости дол­жен уменьшиться. Сох­ранение или рост дебита скважины воз­можны только при значительном уве­личении глубины спуска труб.

Для эффективной работы периодического газлифта любого типа необ­хо­ди­мо обеспечить большую скорость поступления газа в подъемные трубы, осо­бен­но в начальный период выброса жид­кости. Это выполнимо только при исполь­зовании для выброса столба жидкости энергии сжатого газа, на­коп­лен­но­го в затрубном пространстве (в установках двухрядного лифта замещения — в кольцевом пространстве между нагнетательными и подъемны­ми трубами).

Установки периодического газлифта делятся на три самосто­ятельные груп­пы:

1) без подкачки стороннего газа в затрубное пространство;

2) с подкачкой стороннего газа в затрубное пространство;

3) с камерой замещения или лифтом замещения.

В зависимости от источника нагнетаемого газа различают компрессорный и бескомпрессорный периодический газлифтный способ эксплуатации скважин.

Установки периодического газлифта конструктивно выпол­няются с пе­рио­ди­чески перекрываемым и постоянно открытым выкидом.

Установки периодического действия, работающие без подкачки в затрубное пространство скважины стороннего газа

Указанные установки предназначены для работы в скважи­нах, эксплуа­ти­рую­щих горизонты при режиме растворенного газа. К наиболее подходящим для эксплуатации периодическим газ­лифтом с помощью названных установок отно­сятся скважины: слабо фонтанирующие с малым буферным давлением, пе­рио­ди­чески фонтанирующие, недавно прекратившие фонтанирование. Уста­нов­ка периодического действия с перекрытым выкидом состоит из одноразмерной ко­лонны подъемных труб, амортиза­тора на нижнем конце труб, верхнего пру­жин­ного амортизато­ра, автомата регулятора циклов и выкидного клапана с мемб­ранно-исполнительным механизмом (МИМ). Такая установка может ра­бо­тать с поршнем и без него. Работой установки управ­ляют автоматы — ре­гуля­то­ры цикла, срабатывающие (т.е. от­крывающие и закрывающие выкидной кла­пан) либо при задан­ном затрубном давлении, либо через заданный интервал вре­­ме­ни, либо от давления и времени.

Рис. 4.3.1. Запись изменения затрубного и буферного давлений установки с перекрытым выкидом

Рассмотрим цикл работы периодической газлифтной установки. По окон­ча­­нии цикла работы установки выкидной клапан зак­рывается, отсекая в подъем­­ных трубах газ, находящийся под некоторым давлением, и жидкость, стек­­шую через зазор между поршнем и насосно-компрессорными трубами за вре­­мя выбро­са. Этому моменту на картог­рамме записи изменений затрубного и бу­ферного давле­ний (рис. 4.3.1) соответству­ют точки Б и Е. Поток газа в подъем­ных трубах практичес­ки прекращается [20].

Однако в течение некото­рого времени (до образования гидравлического зат­вора из стекшей жидкости и уравно­вешивания затрубного и труб­ного дав­ле­ний у башмака подземных труб) затрубный газ продолжает еще поступать в тру­­­бы. Поэтому затрубное давление слегка падает (точка В), а буферное — су­щест­венно повышается (отрезок ЕЖ). Таким об­разом, переток затрубного газа обус­ловливает определенное бу­ферное давление, необходимое для начала сле­дую­щего цикла.

Свободный газ из пласта в основном попадает в затрубное пространство, по­вышая в нем давление (отрезок ВА1), а жид­кость — в подъемные трубы. Однов­ременно за счет газа, попада­ющего в подъемные трубы вместе с на­кап­ли­ваю­щейся жидко­стью и выделяющегося из нее, происходит некоторый рост бу­фер­ного давления (отрезок ЖГ1).

Как только затрубное давление поднимается до заданного, ав­томат отк­ры­вает выкидной клапан (точки А1, Г1) и газ, находя­щийся над столбом жид­кос­ти, поступает в сборную систему. При этом буферное давление падает и прак­ти­чески становится равным давлению в сепараторе (точка Д1). Газ, нахо­дя­щий­ся под неурав­новешенным затрубным давлением, поднимает столб жидкости на устье скважины. При поступлении газа из затрубного пространства в подъем­ные трубы затрубное давление снизится (отрезок А1Б1), но сравнительно на не­боль­шую величину. Когда столб жидкости под­нимается до устья скважины, бу­фер­ное давление начинает резко расти (с точки Д2), так как при поступлении га­за из затрубья частич­но уравниваются давления в затрубном и трубном прост­ранствах.

В установках периодического газлифта всех типов повыше­ние буферного дав­ления во время выброса всегда вызывается появлением жидкости в потоке и уве­личением ее количества. При подходе поршня к устью автомат закрывает вы­кидной кла­пан (точки Б1 и Г1) и выброс прекращается. Этим завершается пол­ный цикл работы рассмотренной установки.

Преимуществом данной установки является то, что при од­ной и той же глу­бине спуска труб установка может работать при переменном затрубном дав­ле­нии, так как эта величина задается регулятором циклов.

Недостатки установки: для успешной ее работы пластовое давление долж­но быть не ниже 3,0 МПа; в начальной стадии выброса при снижении давления в подъемных трубах групповая замерная установка может оказаться под дейст­вием сильного импульса давления. В результате могут открыться предохрани­тель­ные клапаны на трапах и, следовательно, нарушится работа замерных уста­но­вок.

Установка с открытым выкидом состоит из тех же основных элементов, что и описанная установка, и отличается от нее по­стоянно открытым выкидом и конст­рукцией плунжера. Посто­янно открытый выкид исключает необходимость в автомате — регуляторе циклов и выкидном клапане с мембранно-испол­ни­тель­ным механизмом. Работой установки управляет сам плун­жер с клапаном, зак­рывающимся снизу вверх. Работа установки без плунжера и замена его порш­нем невозможны.

Другим примером эффективного применения периодичес­кого газлифта мо­жет быть способ добычи природного газа из обводненного газового пласта. При этом способе в скважину на насосно-компрессорных трубах спускают пакер, а ни­же пакера газлифтный клапан и обратный клапан. Перфорирован­ная часть ство­ла скважины разобщается пакером таким обра­зом, чтобы в подпакерную зо­ну попала обводнившаяся часть пласта. Газ из верхней части пласта по зат­руб­ному простран­ству поступает к устью скважины, а газоводяная смесь — в под­пакерное пространство, где создается повышенное давле­ние. Для того, что­бы давление в этой зоне не превышало дав­ление в коллекторе, газлифтный кла­пан тарируется на 50...70% ниже давления в пласте. Указанное позволяет пе­рио­дически, по мере накопления жидкости и газа и аккумулирования дав­ления в зумпфе, удалять газоводяную смесь через трубы из скважины.