11 Основные рабочие характеристики газожидкостных подъемников

Основными показателями, характеризующими работу газожидкостных подъемников, можно считать:

1) производительность по жидкости;

2) расход рабочего газа (воздуха);

3) удельный расход газа (энергии);

4) коэффициент полезного действия.

Из определения понятия к.п.д. следует, что

к.п.д.=Wп/Wз,

где Wп - полезная работа по подъему жидкости; Wз - затраченная работа.

Полезная работа заключается в поднятии жидкости с расходом Q на высоту L -h , так, что

Wп= Qpg(L- h),

Затраченная работа - это работа Q расход которого, приведенный к стандартным условиям, равен V. Полагая для простоты, что процесс расширения газа изотермический, на основании законов термодинамики идеальных газов можем записать

Основные рабочие характеристики Q (v), R(V), к.п.д.(V) зависят от конструкции и режима работы подъемников и свойств газожидкостных систем. На основе обобщения большого количества экспериментальных данных А. П. Крыловым предложены формулы для расчета характеристических параметров работы газожидкостных подъемников:

Приведенные зависимости используются в проектировании и выборе режимов работы газожидкостных подъемников. Следует отметить, что на рабочие характеристики подъемников естественное влияние оказывает структура и плотность газожидкостной смеси, относительная скорость движения фаз, среднее давление и др.

12 Основы теории фонтанирования скважин. Оборудование и особенности исследования фонтан­ных скважин. Расчеты по подбору оборудования и установлению режима работы фонтанных скважин. Особенности эксплуатации скважин в осложненных условиях.

Способ эксплуатации, при котором подъем жидкости на поверхность происходит только за счет пластовой энергии, получил название фонтанного способа эксплуатации.

В ряде случаев газ, находящийся вместе с нефтью в пласте, полностью в ней растворен. Выделение газа из нефти при фонтанировании скважины начинается лишь тогда, когда давление в скважине снизится до давления насыщения нефти газом. Такое снижение давления может произойти на некоторой высоте от забоя, на устье и даже в выкидной линии.

Очевидно, в последнем случае подъем нефти будет происходить только за счет гидростатического напора пласта и выражение для пластовой энергии будет следующее:

Рассмотрим случай фонтанирование скважин за счет гидростатического напора.

В этом случае подъем жидкости будет происходить при следующем условии: Р_заб>H_y/10 т. е. - когда забойное давление будет превышать давление столба жидкости.

Забойное давление уравновешивается:

1) давлением столба жидкости в скважине H_y/10 ;

2) противодавлением, создаваемым на устье скважины, Р_уст;

3) гидравлическими потерями на трение при движении жидкости по скважине Р_тр, т. е.

При закрытой скважине, когда движения жидкости нет: Рпл=Рзаб; т. е. забойное давление будет равно пластовому и его можно определить, если известна глубина скважины, относительный удельный вес жидкости, а также давление, измеренное манометром на устье скважины.

Гидравлические потери могут быть выражены формулой Дарси - Вейсбаха.

Потеря напора и потери давления:

где _А — коэффициент гидравлического сопротивления; Н — глубина скважины в м;

d — диаметр трубы, по которой движется жидкость, в м', w — скорость движения жидкости в скважине в м/сек; g— ускорение силы тяжести в м/сек².

Скорость движения w можно найти из выражения расхода

, где F — площадь сечения трубы; Так как расход обычно дается в т/сутки, то, подставив

Откуда

Подставив полученное выражение в основное уравнение, получим

Максимальный дебит, который можно получить из скважины за счет гидростатического напора, будет при условии отсутствия противодавления на устье, т. е. при Руст = 0.

В нефтяных месторождениях фонтанирование без участия газа происходит очень редко.

Предположим, что газ, находящийся в нефти, растворен в ней под давлением Pнac, которое меньше давления у забоя Рза6, но больше давления у устья -Руст, т. е. имеет место следующее соотношение:

Рзаб>Рнас>Руст

Давление у устья, как правило, бывает сравнительно невелико — порядка нескольких атмосфер, снижаясь в отдельных случаях до 1 ат.13 заказ 816.

При подъеме жидкости по стволу скважины частицы нефти по мере удаления от забоя начинают испытывать со стороны столба жидкости в скважине все меньшее и меньшее давление. На некоторой высоте от забоя это давление будет равно давлению насыщения. При дальнейшем подъеме нефти давление в стволе скважины будет уменьшаться, вследствие чего начнется выделение газа из нефти. Выделившийся газ в верхней части скважины примет участие в подъеме нефти, и интенсивность фонтанирования ее повысится.

ФОНТАНИРОВАНИЕ СКВАЖИН ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ РАСШИРЯЮЩЕГОСЯ ГАЗА

Газ, введенный в жидкость, обладает подъемной силой, которая действует путем давления на жидкость и посредством трения газа о жидкость.

Состояние смеси, двигающейся по трубам от забоя скважины к ее устью, в зависимости от объемного соотношения газа и жидкости, а также от средней скорости движения смеси и диаметра труб бывает различное.

Если газа мало, то он располагается в виде отдельных пузырьков. При большом соотношении газа и жидкости смесь представляет собой столбики жидкости, пронизанные пузырьками газа, чередующимися со столбиками газа, имеющими внутри капельки жидкости.

Если газа много, то жидкость поднимается вдоль стенок труб, а газ протекает в середине жидкостного кольца, причем в газе могут содержаться капельки жидкости.

Чтобы смесь поднималась по вертикальным трубам, необходим некоторый перепад давления между башмаком подъемных труб и устьем подъемной колонны. Величина этого перепада обусловливается полезной работой по подъему смеси и рядом потерь.

Потери эти следующие:

1) в подъемной колонне вследствие трения жидкости и газа о стенки труб;

2) в подъемной колонне вследствие разных скоростей движения газа и жидкости, причем газ движется быстрее жидкости, проскальзывает через нее, поэтому потери и носят название потерь скольжения, потерь относительного движения или потерь утечки.

Выбор диаметра фонтанных труб

Фонтанный способ эксплуатации является наиболее экономичным. Поэтому необходимо стремиться к продлению этого периода.

Для увеличения периода фонтанирования необходимо подобрать фонтанные трубы такого размера, который обеспечивал бы работу по подъему в конце фонтанирования при максимальном к. п. д. Другими словами, фонтанный подъемник должен быть рассчитан на условия, соответствующие концу фонтанного периода (дебит, давление у башмака, газовый фактор). Эти величины могут быть получены на основе данных по скважинам, ранее вступившим в эксплуатацию.

Путем соответствующих вычислений можно составить графики изменения во времени удельного расхода газа, необходимого для подъема жидкости, газового фактора и дебита скважины. Пересечение кривых удельного расхода и газового фактора соответствует тому времени, когда скважина должка прекратить фонтанирование. Зная время, по графику можно определить ожидаемый дебит в конце фонтанирования.

Фонтанные трубы в целях создания оптимальных условий движения смеси от забоя до устья необходимо спускать до самого забоя. На практике же трубы спускают до верхних отверстий фильтра из опасения, что они могут быть разъедены песком, поступающим из отверстий фильтра. При отсутствии такой опасности фонтанные трубы спускают до середины фильтра.

Диаметр подъемника определяется из условий работы его при режиме к.п.д.=макс по формуле, выведенной А. П. Крыловым на основании исследований: