20. Сущность и принцип действия воздушного подъемника

Компрессорная эксплуатация нефтяных скважин является искусственным фонтанированием скважин. Разница заключается в том, что при компрессорной эксплуатации подъем жидкости из скважины происходит под действием энергии сжатого воздуха или газа, нагнетаемого в скважины, а при фонтанировании источником этой энергии является газ, поступающий из пласта.

Рабочий агент (воздух, газ) подается с поверхности в скважины в сжатом состоянии, что достигается при помощи специальных машин -- компрессоров. Если в скважины нагнетают сжатый воздух, то установка называется эрлифтом, если же нагнетают газ, то газлифтом.Для эксплуатации компрессорным способом скважины оборудуют однорядным или двухрядным подъемником При двухрядном подъемнике трубы первого ряда (большего диаметра) предназначаются для нагнетания в скважину рабочего агента, а трубы второго ряда (меньшего диаметра), называемые подъемными, используются для подъема жидкости.Принцип работы компрессорной скважины, оборудованной однорядным подъемником, схематически изображен на рис. 2. До пуска скважины в работу жидкость в обсадной колонне и в подъемных трубах находится на каком-то уровне, называемом статическим.Если в кольцевое пространство между эксплуатационной колонной и спущенными трубами нагнетать компрессором рабочий агент, то уровень жидкости в кольцевом пространстве между эксплуатационной колонной и подъемными трубами будет понижаться, а в подъемных трубах повышаться. Уровень жидкости в кольцевом (затрубном пространстве при непрерывном нагнетании в него рабочего агента будет понижаться до тех пор, пока не достигнет нижнего конца подъемных труб По мере оттеснения жидкости в кольцевом пространстве давление рабочего агента будет повышаться и достигнет наибольшей величины, когда уровень жидкости в кольцевом пространстве понизится до конца подъемных труб.

Вытеснив из кольцевого пространства жидкость, рабочий агент начнет поступать в подъемные трубы и перемешиваться в виде отдельных пузырьков с жидкостью. В подъемных трубах образуется смесь жидкости с воздухом (газом), и если газ будет подаваться непрерывно, то удельный вес смеси будет уменьшаться, вследствие чего уровень в подъемных трубах будет подниматься и, достигнув верхнего конца подъемных труб, жидкость начнет переливаться из них.Подъем уровня жидкости в подъемных трубах зависит не только от количества нагнетаемого рабочего агента, но и от величины погружения труб в жидкость, т. е. если выше башмака подъемных труб имеется небольшой столб жидкости, то воздух (газ) может и не поднять жидкость на поверхность. Он поднимет жидкость только на некоторую высоту, будет прорываться через нее и выходить на поверхность, а жидкость по стенкам труб будет снова стекать вниз.Кроме того, высота подъема зависит от диаметра подъемных труб. В трубах малого диаметра при одном и том же расходе рабочего агента уровень жидкости может быть поднят на большую высоту, чем и трубах большего диаметра.На высоту подъема влияет также вязкость жидкости. При одних и тех же условиях, например,высота подъема нефти будет больше, чем воды, так как нефть имеет большую вязкость, чем вода, и воздуху труднее проходить через нефть.Следовательно, принцип действия компрессорного подъемника заключается в прогазировании жидкости в подъемных трубах и уменьшении ее среднего удельного веса.Таким образом, при расчетах компрессорного подъемника мы имеем следующие переменные величины: глубину погружения, высоту подъема жидкости, процент погружения, диаметр подъемных труб, объем нагнетаемого рабочего агента, количество поднимаемой жидкости.Под глубиной погружения подразумевают высоту столба дегазированной жидкости, соответствующую давлению у башмака подъемника во время работы скважины.

Подъемник кольцевой системы применяется преимущественно при эксплуатации скважин компрессорным способом. Имеются также подъемники других конструкций и систем.Часто компрессорные скважины оборудуют двумя рядами концентрически расположенных труб. Наружный ряд труб спускают обычно до фильтра эксплуатационной колонны с целью улучшения выноса песка, поступающего из пласта в скважину. Внутренний ряд труб спускают на глубину, зависящую от характеристики скважины и от максимального давления, развиваемого компрессором. Кольцевое пространство между трубами и эксплуатационной колонной на устье скважины герметизируют.Основное преимущество двухрядного подъемника по сравнению с однорядным заключается в том, что он работает с меньшими колебаниями рабочего давления и струи жидкости, так как объем кольцевого пространства между спущенными колоннами труб в этом подъемнике меньше, чем в однорядном подъемнике кольцевой системы, и имеющийся в затрубном пространстве столб жидкости также способствует более плавной работе подъемника. При двухрядном подъемнике улучшается также вынос песка с забоя. Но при оборудовании скважины двухрядным подъемником расходуется больше труб и, следовательно, увеличивается стоимость эксплуатации скважин.В настоящее время на промыслах широко применяют другой вариант двухрядного подъемника кольцевой системы -- ступенчатый или полуторарядный» подъемник .В этом подъемнике наружная колонна труб ступенчатая: внизу колонны -- трубы меньшего диаметра, вверху -- большего. Внутреннюю колонну труб (подъемные трубы) спускают почти до места перехода наружной колонны труб с большего диаметра на меньший.

Полуторорядный подъемник стоит дешевле двухрядного и вместе с тем имеет все его преимущества.Существует также центральная система подачи рабочего агента. Она отличается от кольцевой тем, что рабочий агент нагнетается во внутренний ряд труб, а смесь жидкости с воздухом (газом) поднимается на поверхность по кольцевому пространству между колоннами труб при двухрядном подъемнике или между спущенной колонной труб и эксплуатационной колонной при однорядном подъемнике .Центральная система подачи имеет то преимущество, что она работает при более низких пусковых давлениях. Но она имеет и существенные недостатки. При эксплуатации скважин, выделяющих песок, он разъедает соединительные муфты на трубах, в результате чего они могут оборваться и упасть в скважину. При эксплуатации скважин, дающих парафинистую нефть, происходит отложение парафина на стенках эксплуатационной колонны и наружной поверхности подъемных труб при однорядном подъемнике или в кольцевом пространстве между трубами наружного (первого) ряда и подъемными при двухрядном подъемнике, что приводит к прекращению подачи жидкости из скважины и создает необходимость ремонта ее. Очистка же скважины и спущенных в нее труб от парафина связана с очень большими затруднениями. Поэтому центральную систему подачи рабочего агента можно применять лишь в случаях, когда в извлекаемой жидкости нет песка, и не происходит отложений парафина.Как видим, каждая конструкция подъемника имеет свои достоинства и недостатки: при двухрядном и полуторарядном подъемниках повышается расход труб на скважину, но облегчаются условия эксплуатации; при однорядном подъемнике, несмотря на небольшой расход труб для каждой скважины, условия работы осложняются, особенно в глубоких скважинах при эксплуатации залежей, сложенных рыхлыми песками.