4.5. Расчет газлифтной установки, оборудованной клапанами, действующими от давления жидкости в лифте

Установка рассчитывается графическим способом в коорди­натах давление — глубина (рис. 4.5.1).

1. Подобно расчету газлифтной установки, оборудованной клапанами, действующими от давления нагнетаемого газа, от точки забойного давления р_заб строят кривую распределения дав­ления газожидкостной смеси в лифте для определения глубины установки рабочего клапана (кривая 1 на рис. 4.5.1) [20].

2. Строят кривую распределения давления в лифте для дега­зированной жидкости (кривая 2 на рис. 4.5.1).

3. Строят линию распределения давления газа в затрубном пространстве (кривая 3 на рис. 4.5.1).

4. Строят кривую минимального градиента жидкости (кривая 4 на рис. 4.5.1).

5. Строят линию открывающих давлений (прямая 5):

а) находят верхнюю точку линии открывающих давлений (Т₁), откры­ваю­щее давление на поверхности равно сумме устьевого давления (р_у) жидкости и одной четверти пускового давления нагнетания (р_н);

б) находят нижнюю точку (Т₂) линии открывающих давле­ний, которая лежит на середине отрезка, проведенного на глу­бине (Н_перф), между линией давления нагнетания газа и кривой минимального градиента жидкости;

в) соединяют найденные точки прямой линией (линия 5). Точка пере­сече­ния линии открывающих давлений (линия 5) с кривой 1 является глубиной уста­новки рабочего клапана.

6. Рассчитываем глубину установки верхнего клапана по фор­муле, исполь­зуе­мой ранее в расчете газлифтной установки (Н₁).

7. Проводим линию глубины расположения верхнего клапана. Пересечение этой линии с линией открывающих давлений дает точку, соответствующую дав­лению открытия верхнего клапана (p_отк1).

8. Из этой точки проводят линию, параллельную линии давле­ния дега­зи­ро­ван­ной жидкости или задавочной жидкости. Точка пересечения этой линии с ли­нией давления газа в затрубном про­странстве дает глубину установки вто­ро­го клапана. Глубины уста­новки остальных клапанов находятся подобным же обра­зом.

Рис. 4.5.1. Расчет расстановки клапанов при неизвестной характеристике пласта

В промысловых условиях иногда применяется упрощенный метод расчета расстановки клапанов.

В качестве исходных данных для расчета газлифтных устано­вок используют статические и динамические характеристики скважины, которые определяют при исследованиях скважин либо принимают по данным аналогичных скважин.

К этим характеристикам относятся: проектный дебит жидко­сти; глубина сква­жины; статический и динамический уровни жидкости; забойное давление — статическое и динамическое; давление на устье; давление нагнетаемого газа; тем­пература про­дукции и газа на устье и забое; газовый фактор и обвод­нен­ность продукции; геотермический градиент и температурный градиент про­дук­ции и др.

Диаметр колонны подъемных труб обычно задан либо опре­деляется в за­ви­си­мости от дебита и прочностных характеристик насосно-компрессорных труб. Глу­бина установки верхнего пус­кового клапана независимо от управляющего дав­ления опреде­ляется по формуле [20]:

(4.5.1)

где L_ст — статический уровень жидкости в скважине, м; р_пуск — максимальное давление нагнетаемого газа при пуске скважи­ны, МПа; р_у — давление на устье при установившемся режиме работы скважины, МПа; F_затр, F_тpy6 — площади сечения соответ­ственно кольцевого (затрубного) пространства и подъемных труб, см²; γ_ж — удельный вес газожидкостной смеси, Н/м³.

При l₁ < L_ст первый пусковой клапан устанавливается на глу­бине L_ст. Второй и последующие (включая рабочий) клапаны, управляемые давлением нагнетаемого газа, размещаются на глу­бинах

(4.5.2)

где n — номер расчетного клапана, отсчитываемый от верх­него пускового; (р_готк)_n — давление открытия расчетного клапа­на, МПа; l_n-1, — глубина установ­ки вышерасположенного клапа­на, м.

Давление открытия расчетного клапана принимается равным давлению закрытия выше расположенного клапана.

Например, давление открытия второго клапана

(4.5.3)

Давление открытия клапанов для верхнего пускового клапана

(4.5.4)

Для второго и последующих пусковых, а также рабочего кла­панов

(4.5.5)

где Δр = (0,05...0,175) МПа — для пусковых клапанов и Δр = 0,28 МПа — для ра­бочего клапана.

Указанные нормы Δр даны при температуре Т_ст = 288,5 К.

Для клапанов, управляемых давлением газожидкостной сме­си в подъем­ных трубах, глубина установки второго и последую­щих клапанов (в том числе и рабочего) определяется по формуле

(4.5.6)

где (р_г)_n — давление газа в затрубном пространстве на уровне расчетного кла­па­на, МПа; (р_{т отк})_n — давление открытия расчет­ного клапана или давление газо­жид­костной смеси в подъемных трубах на уровне расчетного клапана. Остальные обозначения анало­гичны формуле (4.5.5). Давление открытия для всех клапанов

где р_раб — давление нагнетания газа в затрубное пространство при устано­вив­шем­ся режиме работы скважины, МПа.

Таким образом, в результате расчета для каждого клапана оп­ределены глубина их установки и давления открытия и закрытия клапанов при температуре, соответствующей данной глубине.

Для обеспечения расчетных давлений открытия и закрытия клапанов должны быть определены давления зарядки сильфонов клапанов азотом в стендовых условиях при температуре Т_ст = 288,5 К.

Давление зарядки сильфона каждого клапана при темпера­турных условиях скважины определяется по формулам:

для клапанов, управляемых давлением затрубного газа,

(4.5.7)

для клапанов, управляемых давлением газожидкостной смеси в подъемных трубах

(4.5.8)

Давление зарядки сильфона приводится к стендовым условиям по формуле

(4.5.9)

где (T_скв)_n z_cт — температура в скважине на глубине расчетно­го клапана; z_ст и z_скв — коэффициенты сжимаемости азота соот­ветственно при (p_с)_ст и T_cт и при (р_с)_n и (T_cкв)_n.

Зарядка клапанов производится в специальной промысловой лаборатории.