Технологический режим работы газлифтных скважин

Газлифтная эксплуатация применяется в тех случаях, когда подъем заданного количества жидкости не обеспечивается газом (свободным и растворенным), поступающим из пласта к забою скважины. В связи с этим возникает необходимость в сква­жину подавать некоторое дополнительное количество газа (к башмаку НКТ или на какую-то глубину). В газлифтных скважинах, как и фонтанных, забойное давление может быть больше или меньше давления насыщения.

Первоначально рассчитывается распределение давления от забоя к устью. В основу исходных данных положены забойное давление, дебит жидкости и газа, объем выделившегося газа (в зависимости от давления и температуры), заданное устьевое давление, длина труб и т. д. Диаметры труб в зависимости от дебита жид­кости задаются. Строго говоря, температура, как и давление, по мере подъема жидкости уменьшается. Однако часто в расчетах принимают температуру постоянной и равной средней по всей длине газожидкостного подъемника. Нередко отсутствуют полные экспериментальные данные по свойствам смеси и приходится использовать графики или эмпирические зависимости, приводимые в соответствующей литературе.

После расчета распределения давления (при естественном газовом факторе) строится кривая давление-глубина. Расчетное устьевое давление при этом будет меньше минимально допустимого, а в большинстве случаев оно даже принимает отрицательное значение. Это указывает на то, что подъем жидкости за счет естественного газового фактора не обеспечивается. Чтобы определить потребное количество закачиваемого газа, необходимо произвести расчет распределения давления по глубине (от устья) при нескольких значениях газового фактора R (они должны быть больше природного газового фактора R₀) и одинаковом устьевом давлении

Распределение давления в газлифтной скважине в зависимости от газового фак­тора

где V_gi — объемный расход допол­нительно вводимого в трубы газа. Результаты этих расчетов нано­сятся на тот же график (см. кри­вые 2, 3, 4 на рис. 2). В точке пересечения пары кривых (напри­мер, в точках а, в) можноопреде­лить давление внутри НКТ на дан­ной глубине, когда обеспечивается подъем смеси до устья при заданном газовом факторе. Как видно из этого рисунка, подъем смеси (при задан­ном количестве жидкости) можно обеспечить множеством объемных расходов газа. Окончательный выбор потребного расхода газа надо про­изводить, исходя из энергетических затрат. Если принять, что расширение газа происходит при изотермическом процессе, то работа, производимая газом, определится выражением

где р₁ — давление в трубах на глубине ввода газа (например, L₁ на рис.9); р₀ и р_у — соответственно нормальное (атмосферное) и устьевое давления.

Рисунок 2

Отсюда следует, что при каком-то соотношении давления р₁ и объемного расхода газа V_gi работа, совершаемая газом при рас­ширении (от р₁ до р_у), будет наименьшей.

Ввод газа в НКТ осуществляется через специальное приспособ­ление (рабочий клапан). При истечении газа из кольцевого пространства в НКТ за счет сопротивлений в клапане происходит снижение давления на р_кл. Поэтому давление р_к подаваемого газа у устья скважины в кольцевом пространстве определяется суммой

p_к = p₁ + p_кл + p_г + р_тр,

где p_г — приращение давления за счет массы столба газа в коль­цевом пространстве; p_тр — потери давления, вызванные со­противлениями на трение, возникающими при движении пода­ваемого газа от устья до места его ввода в трубы.

Для высокодебитных газлифтных скважин целесообразно про­извести расчет, исходя из условия, что газ подается в централь­ные трубы, а смесь поднимается по кольцевому пространству. Порядок расчета остается таким же, но при использовании урав­нения движения смеси, когда рассчитывается плотность смеси, за диаметр трубы принимается сумма D+d₀ (D — внутренний диаметр обсадной колонны, d₀ — внешний диаметр НКТ). При расчете сопротивлений на трение за эквивалентный диаметр при­нимается разность D — d₀.

Расчеты могут показать, что можно обеспечить потребное количество подаваемого газа, но не давление р_к. В этом случае ограничивается максимально возможное давление у устья в кольцевом пространстве.

Выбор режима эксплуатации газлифтной скважины должен производиться в зависимости от условий (ограничений) задачи. Такими ограничениями являются:

1) количество нагнетаемого газа (независимо от давления нагнетания),

2) давление нагнетания (независимо от расхода газа);

3) давление и максимальное допустимое количество нагнетаемого газа;

4) минимальное допустимое (или заданное) противодавление на устье сква­жины.

В заключение следует отметить, что высота подъема смеси в ряде случаев может быть увеличена за счет роста истинной газонасыщенности, если применять трубы меньшего диаметра. Однако при этом несколько возрастут со­противления на трение. В связи с этим для окончательного выбора режима ра­боты газлифтной скважины необходимо расчеты производить для нескольких диаметров труб.