Конструкции газлифтных подъемников

ЛЕКЦИЯ №14. Осложнения при газлифтном способе эксплуатации скважин.

Газлифтная скважина - это по существу та же фонтанная скважина, в которой недостающий для необходимого разгазирования жидкости газ подводится с поверхности по специальному каналу.

Два канала, необходимых для работы газлифтной скважины в реальных условиях, создаются двумя рядами концентрично расположенных труб, т. е. спуском в скважину первого (внешнего) и второго (внутреннего) рядов труб. Внешний ряд труб большего диаметра (обычно 73 - 102 мм) спускается первым. Внутренний, меньшего диаметра (обычно 48, 60, 73 мм) спускается вторым внутрь первого ряда. Образуется так называемый двухрядный подъемник, в котором, как правило, сжатый газ подается в межтрубное пространство между первым и вторым рядами труб, а ГЖС поднимается по внутреннему, второму ряду труб (рис. 20, а).

Рис.20- Схема конструкций газлифтных подъемников:

а - двухрядный подъемник; б - полуторарядныи подъемник; в - однорядный подъемник;

г - однорядный подъемник с рабочим отверстием

Первый ряд труб обычно спускается до интервала перфорации, а второй под динамический уровень на глубину, соответствующую рабочему давлению газа, так как погружение башмака НКТ под динамический уровень, выраженное в единицах давления, всегда равно рабочему давлению газа. В газлифтной скважине, оборудованной двухрядным подъемником, реальный динамический уровень устанавливается во внешнем межтрубном пространстве - между обсадной колонной и первым рядом труб. Если межтрубное пространство перекрыто II там имеется некоторое давление газа, то действительное, а следовательно, и рабочее давление будет складываться из погружения под уровень и гидростатического давления газа во внешнем межтрубном пространстве:

или

(4)

Двухрядные подъемники раньше применялись широко, особенно когда эксплуатация скважин осложнялась выделением песка, который нужно было выносить на поверхность. Скорость восходящего потока при движении по первому ряду труб больше, чем при движении по обсадной колонне. Поэтому башмак первого ряда спускался, как правило, до забоя. В то же время при необходимости можно было легко изменять погружение второго ряда труб в связи с изменением динамического уровня, увеличением отбора или по другим причинам. При таком изменении первый ряд труб остается на месте. Однако двухрядный подъемник - сооружение металлоемкое, а поэтому дорогое. Лишь при отсутствии герметичности обсадной колонны его применение оправдано как вынужденная мера. Разновидностью двухрядного подъемника является полуторарядный (рис. 20, б) в котором для экономии металла трубы первого ряда имеют хвостовую часть (ниже башмака второго ряда) из труб меньшего диаметра. Это существенно уменьшает металлоемкость конструкции, позволяет увеличить скорость восходящего потока, но осложняет операцию по увеличению погружения, т. е. по допуску второго ряда, так как для этого необходимо предварительно изменить подвеску первого ряда труб. Схема однорядного наименее металлоемкого подъемника приведена на рис. 20, в. Газ подается в межтрубное пространство и ГЖС поднимается по одному ряду труб, диаметр которых определяется дебитом скважины и техническими условиями ее эксплуатации. Реальный уровень жидкости всегда устанавливается у башмака подъемных труб. Уровень не может быть выше, так как в этом случае газ не будет поступать в НКТ. Он не может быть и ниже башмака, так как тогда в НКТ не будет поступать жидкость. Однако при пульсирующем режиме работы газожидкостного подъемника уровень жидкости колеблется у башмака, периодически его перекрывая. Видимого погружения и динамического уровня жидкости при однорядном подъемнике нет, а гидростатическое давление у башмака подъемных труб, создаваемое погружением его под динамический уровень, заменяется давлением газа Р₁.

Положение динамического уровня (называемого иногда условным) как обычно определяется рабочим давлением газа Рi, пересчитанным в соответствующую высоту столба жидкости (см. рис. 20, в). На рис. 20, в показан пьезометр, присоединенный к скважине. В таком пьезометре устанавливается реальный динамический уровень, соответствующий рабочему давлению. Недостатком однорядного подъемника является низкая скорость восходящего потока между забоем и башмаком, глубина спуска которого определяется рабочим давлением газа, отбором жидкости, а также коэффициентом продуктивности скважины. Однако при этом упрощается допуск труб или вообще изменение глубины их подвески, если возникает такая необходимость. Поэтому существует разновидность однорядного подъемника - подъемник с рабочим отверстием (см. рис. 20, г). Один ряд труб необходимого диаметра спускается до забоя (или до верхних дыр перфорации), но на расчетной глубине, т. е. на глубине, где должен быть башмак (глубина места ввода газа в НКТ), устанавливается рабочая муфта с двумя-четырьмя отверстиями диаметром 5 - 8 мм. Сечение отверстий должно обеспечить пропуск расчетного количества газа при перепаде давлений у отверстий, не превышающем 0,1 - 0,15 МПа. Перепад давления у отверстий удерживает уровень жидкости ниже отверстия на 10 - 15 м и обеспечивает более равномерное поступление газа в трубы. Однорядный подъемник с рабочим отверстием (или муфтой) создает наибольшие скорости восходящего потока, является наименее металлоемким, однако требует подъема колонны труб при необходимости изменения погружения. Положение условного динамического уровня и погружение определяются рабочим давлением газа у рабочих отверстий, пересчитанным в столб жидкости. Однорядная конструкция газлифта, при котором используются 60 или 73-мм трубы, создает широкое межтрубное пространство, размеры которого играют решающую роль в случае использования различных клапанов, широко применяемых в настоящее время. В однорядном подъемнике вместо рабочей муфты с рабочими отверстиями может применяться так называемый концевой рабочий клапан, поддерживающий постоянный перепад давления при прохождении через него газа, равный 0,1 - 0,15 МПа, достаточный для того, чтобы постоянно удерживать уровень жидкости ниже клапана на 10 - 15 м. Концевой клапан обычно приваривается к спецмуфте с внешней стороны и имеет пружинную регулировку необходимого перепада давления и расхода газа. Такой клапан снабжается еще специальным шариковым клапаном, который закрывает рабочее отверстие и позволяет осуществлять обратную промывку скважины до забоя (рис. 21).

Рис. 21- Принципиальная схема концевого клапана:

1 - конический клапан; 2 - рабочее отверстие, 3 - регулировочная головка для

изменения натяжения пружин; 4 - шариковый клапан для промывки скважин

Нормальная эксплуатация газлифтных скважин иногда нарушается по ряду причин:

1)образование песчаных пробок на забое и в трубах воздушных и подъемных;

2)отложение солей или парафина в трубах и выкидных линиях;

3)образование сальников из окалины в кольцевом пространстве при двухрядном лифте и затрубном пространстве при однорядном лифте;

4)засорение выкидных линий;

5)образование стойких нефтяных эмульсий.

Борьба с отложениями песка. Регулирование отбора жидкости из газлифтных и компрессорных скважин осуществляется путем изменения глубины погружения подъемных труб, диаметра подъемных труб или количества нагнетаемого рабочего агента.

Для очистки песчаной пробки, образовавшейся на забое, в пространство между эксплуатационной колонной и трубами первого ряда при двухрядном подъемнике или в пространство между эксплуатационной колонной и подъемными трубами при однорядном подъемнике прокачивают нефть, не прекращая подачи газа. Иногда таким способом удается размыть пробку. Если пробку ликвидировать сразу не удается, производят подземный ремонт скважины.

Иногда давление нагнетаемого в скважину газа резко увеличивается при одновременном прекращении подачи жидкости. Это может произойти из-за образования в подъемных трубах так называемой патронной песчаной пробки, которая перекрывает сечение подъемных труб, не давая выхода смеси нефти и нагнетаемого газа на поверхность. Для разрушения такой пробки газ нагнетают не в кольцевое пространство, а в подъемные трубы. Если таким способом не удается продавить пробку из труб на забой скважины, то приходится извлекать трубы. Для устранения этого недостатка подъемные трубы следует спускать до фильтра, а рабочий агент нагнетать через рабочие и концевые клапаны, устанавливаемые на подъемных трубах. При двухрядном или полуторарядном лифтах воздушные трубы также следует спускать до фильтра для обеспечения высоких скоростей движения жидкости, поступающей из пласта.

Устранение металлических сальников. При эрлифтной эксплуатации сжатый воздух проходит довольно значительное расстояние от компрессорной станции до скважин. Движение воздуха по трубам, особенно если в воздухе содержится много влаги, сопровождается коррозией металла. Установлено, что заметная коррозия наступает при 70—80%-ной. влажности. Кроме того, на коррозию влияет давление: с увеличением его возрастает скорость образования коррозии.

Используемый в качестве рабочего агента воздух имеет большую влажность и обычно насыщен мелкой известковой пылью. Эта пыль и продукты коррозии металла труб, попадая в скважину, засоряют кольцевое пространство между воздушными и подъемными трубами, образуя сальники (пробки). Исследования показали, что такие состоят из окиси железа (до 95%) и известковой пыли и песка. Наличие сальников из продуктов коррозии способствует повышению давления воздуха и снижению дебита вплоть до прекращения подачи жидкости.

Иногда коррозию труб вызывает серная кислота, образовавшаяся вследствие взаимодействия сернистых соединений в нефти с кислородом нагнетаемого воздуха.

Для уменьшения коррозии проводят следующие мероприятия:

ü покрывают внутренние поверхности труб лаком, стеклом или эмалью;

ü осушают воздух в конденсационных горшках;

ü периодически изменяют направление движения воздуха с кольцевой системы на центральную и наоборот.

Хорошее средство по предупреждению образования сальников — подача в скважину с помощью дозировочных насосов вместе с воздухом поверхностно-активных веществ (ПАВ). Если указанными выше методами не удается ликвидировать образовавшиеся сальники, то производят подземный ремонт скважин.

Борьба с образованием эмульсий. При поступлении из пласта вместе с нефтью воды может образоваться стойкая эмульсия. Образование эмульсии может происходить в двух вариантах:

1) самопроизвольное – при наличии в смешиваемых жидкостях компонентов, снижающих поверхностное натяжение на границе раздела двух жидкостей;

2) принудительное-при интенсивном перемешивании жидкостей.

Прочная адсорбционная пленка на диспергированных частицах состоит из ряда веществ: кислот, низко- ивысокомолекулярных смол, асфальтенов, микрочастиц парафинов и минералов, т.е. тех, которые присутствуют в растворенном и коллоидном состоянии в нефтях всех месторождении.

Эмульсионную нефть транспортируют отдельно от чистой. Затем на соответствующих установках эмульсию разлагают на нефть и воду. Все это повышает себестоимость добычи нефти. Одно из эффективных мероприятий, предупреждающих образование эмульсий, — применение в качестве рабочего агента нефтяного газа.

Хорошие результаты по получению чистой нефти из скважин получают при внутрискважинной деэмульсации. Сущность метода заключается в том, что в кольцевое пространство вместе с сжатым воздухом подается жидкий деэмульгатор, предотвращающий образование эмульсии.

Подача деэмульгатора нужной концентрации в газлифтные линии производится с помощью дозировочных насосов.

Осн.: 3[574-581],3[643-652], 4[doc/es01009. htm]

Доп.: 9 [189-197], 10 [216-217]

Контрольные вопросы:

1. Чем нарушается нормальная работа газлифтных скважин?

2. Как образуются металлические сальники?

3. Как предупредить образование металлических сальников?

4. Назовите причины образования стойких эмульсий.

5. Как производят в скважине деэмульсацию?

Дата добавления: 2014-01-15