9. ЕКСПЛОАТАЦИЯ НА ГАЗЛИФТЕН КЛАДЕДЕЦ
9.1. Общи принципи на работа на газлифта
Газовият кладенец по същество е същият фонтанен кладенец, в който липсващият газ за необходимото дегазиране на течността се подава от повърхността през специален канал (фиг. 9.1). Чрез тръбната колона 1 газът от повърхността се подава към обувката 2, където се смесва с течността, образувайки GSL, който се издига на повърхността през повдигащите тръби 3. Инжектираният газ се добавя към газа, освободен от флуида на резервоара. В резултат на смесването на газ с течност, GLS се образува с такава плътност, при която наличното налягане на дъното на кладенеца е достатъчно, за да издигне течността на повърхността. Всички понятия и определения, изложени в теорията за движението на смеси газ-течност във вертикални тръби, са еднакво приложими за газлифтната експлоатация на кладенци и служат като нейна теоретична основа.
Ориз. 9.1 Принципна схема на газлифт
Точката на влизане на газ в повдигащите тръби (обувката) е потопена под нивото на течността със стойност h; налягането на газа Р 1 в точката на влизане в тръбите е пропорционално на потапянето h и е свързано с него с очевидната връзка Р 1 = hρg. Налягането на инжектирания газ, измерено на устието на кладенеца, се нарича работно налягане Pp. Практически е равно на налягането при обувката P 1 и се различава от него само по стойността на хидростатичното налягане на газовия стълб P 1 и загубата на налягане поради триенето на газа в тръбата P 2 и P 1
повишава налягането на дъното P 1 и
P 2 намалява. По този начин,
R 1 R R R 1 R 2
R R R 1 R 1 R 2
ЕКСПЛОАТАЦИЯ НА НЕФТНИ И ГАЗОВИ СОКЛАДЕНЦИ
В реални кладенци P 1 е няколко процента от P 1 , а P 2 е още по-малко. Следователно работното налягане Pp и налягането при обувката P 1 се различават малко едно от друго. По този начин е доста лесно да се определи натискът върхудъното на работещ газлифтен кладенец според работното му налягане в устието на кладенеца.
Това опростява процедурата за изследване на газлифтен кладенец, регулиране на работата му и установяване на оптимален режим. Кладенец, в който се изпомпва газ, за да се използва енергията му за повдигане на течност, се нарича газлифтен кладенец, когато се инжектира въздух за същата цел, еърлифтен кладенец.
Използването на въздух допринася за образуването на много стабилна емулсия в тръбата, чието разлагане изисква специална обработка с вещества, нагряване и дългосрочно утаяване. Газово-въздушната смес, отделяща се при разделяне на повърхността, е опасна от гледна точка на пожар, тъй като при определени съотношения образува експлозивна смес. Това създава необходимостта от отделянето на отработената газовъздушна смес след отделяне в атмосферата.
Обработеният (изсушен) газ в газо-бензинови инсталации отново се използва за експлоатация на газлифтни кладенци след предварителното му компресиране до необходимото налягане в компресорните станции на полето.
По този начин газлифтът позволява да се подобри използването на газ и да се управлява полето по-рационално в сравнение с еърлифта. Единственото предимство на еърлифта е неограниченият източник на въздух като работен агент за газ-течност. Истинските газлифтни кладенци не са оборудвани съгласно схемата, показана на фиг. 9.1, тъй като е практически невъзможно да се спуснат два успоредни реда тръби в кладенеца, здраво свързани отдолу с обувка. Тази диаграма е показана само за да обясни принципа на работа на газлифта. Използването му обаче е напълно възможно и в някои случаи целесъобразно за изпомпване на големи обеми течност, например от мини или други контейнери с широка площ на потока.
Газлифтните кладенци използват въглеводороден газ, компресиран доналягане 4 MPa. Източниците на сгъстен газ обикновено са или специални компресорни станции, или компресорни инсталации за преработка на газ, които развиват необходимото налягане и осигуряват необходимото захранване. Такава система за работа с газлифт се нарича компресорен газлифт. системи,
ЕКСПЛОАТАЦИЯ НА НЕФТНИ И ГАЗОВИ СОКЛАДЕНЦИ
при които за газлифт се използва природен газ от чисто газови или газокондензни находища, те се наричат некомпресорен газлифт.
При некомпресиран газлифт природният газ се транспортира до местоположението на газлифтните кладенци и обикновено се подлага на предварителна обработка в специални инсталации, която се състои в отделяне на кондензат и влага, а понякога и в нагряване на този газ преди разпределяне към кладенци. Излишното налягане обикновено се намалява чрез дроселиране на газа през един или повече етапа на фитингите. Има система за работа с газлифт, която се нарича газлифт в дупки. В тези системи източникът на сгъстен газ е газ от газоносни формации над или под наситената с нефт формация. И двата слоя се отварят от общ филтър.
В такива случаи газоносният хоризонт се изолира от нефтоносния пласт с един или два пакера (отгоре и отдолу), а газът се инжектира в тръбите чрез дроселно устройство, което дозира количеството газ, постъпващо в тръбите.
Газлифтът в дупки елиминира необходимостта от предварителна обработка на газа, но създава трудности при регулирането на работата на газлифта. Този метод се оказа ефективно средство за експлоатация на производствени кладенци в нефтените находища на Тюменска област, в които наситени с газ резервоари лежат над нефтените хоризонти с достатъчно запаси от газ и налягане за стабилна и дългосрочна работа на газлифта.
9.2.Конструкции на газови асансьори
Двата канала, необходими за работата на газлифтния кладенец в реални условия, се създават от два реда концентрично разположени тръби, т.е. чрез спускане на първия (външен) и втория (вътрешен) ред тръби в кладенеца. Първо се спуска външният ред тръби с по-голям диаметър (обикновено 73 - 102 mm). Вътрешният, по-малък диаметър (обикновено 48, 60, 73 мм) се спуска втори вътре в първия ред. Образува се така нареченият двуредов асансьор, при който по правило сгъстеният газ се подава към пръстеновидното пространство между първия и втория ред тръби, а GZhL се издига по вътрешния втори ред тръби (фиг. 9.2, а). Първият ред тръби обикновено се спуска до интервала на перфорация, а вторият под динамичното ниво
ЕКСПЛОАТАЦИЯ НА НЕФТНИ И ГАЗОВИ СОКЛАДЕНЦИ
Ориз. 9.2. Схема на проекти на газови асансьори:
а - двуредов асансьор; b - повдигане на един и половина реда; c - едноредов асансьор;
g - едноредов асансьор с работен отвор
до дълбочина, съответстваща на налягането на работния газ, тъй като потапянето на тръбната обувка под динамичното ниво, изразено в единици налягане, винаги е равно на налягането на работния газ. В газлифтен кладенец, оборудван с двуредов асансьор, реалното динамично ниво се задава във външния пръстен - между обсадната колона и първия ред тръби. Ако пръстеновидното пространство е блокирано II има известно налягане на газа, тогава действителното и следователно работното налягане ще бъде сумата от потапянето под нивото и хидростатичното налягане на газа във външния пръстен:
Двуредовите асансьори бяха широко използвани, особено когато работата на кладенците беше усложнена от изпускането на пясък, който трябваше да бъде изведен на повърхността. Скоростима повече възходящ поток, когато се движите по първия ред тръби, отколкото когато се движите по обсадната колона. Следователно обувката на първия ред се спускаше, като правило, преди клане. В същото време, ако е необходимо, беше лесно да се промени потапянето на втория ред тръби поради промяна в динамичното ниво, увеличаване на селекцията или по други причини. С тази промяна първият ред тръби остава на мястото си. Двуредовият асансьор обаче е металоемка конструкция и следователно скъпа. Само при липса на плътност на обсадната колона, използването му е оправдано като необходима мярка. Разновидност на двуредов асансьор е един и половина ред (фиг. 9.2, b), в който, за да спестите тръбен метал
ЕКСПЛОАТАЦИЯ НА НЕФТНИ И ГАЗОВИ СОКЛАДЕНЦИ
на първия ред имат опашна част (под обувката на втория ред) от тръби с по-малък диаметър. Това значително намалява консумацията на метал на конструкцията, позволява да се увеличи скоростта на възходящия поток, но усложнява операцията за увеличаване на потапянето, т.е. толеранса на втория ред, тъй като за това е необходимо първо да смените окачването на първия ред тръби. Схемата на едноредовия най-малко металоемък асансьор е показана на фиг. 9.2, c. Газът се подава към пръстеновидното пространство и GLS се издига по един ред тръби, чийто диаметър се определя от дебита на кладенеца и техническите условия на неговата работа. Действителното ниво на течността винаги се настройва при обувката на повдигащите тръби. Нивото не може да бъде по-високо, тъй като в този случай газът няма да влезе в тръбата. Тя не може да бъде по-ниска от обувката, тъй като тогава няма да тече течност в тръбата. Въпреки това, по време на пулсиращия режим на работа на газово-течния асансьор, нивото на течността се колебае в близост до обувката, като периодично я блокира. Няма видимо потапяне и динамично ниво на течността с едноредово повдигане и хидростатичноналягането при обувката на подемните тръби, създадено от потапянето му под динамичния нивелир, се заменя с налягането на газа Р 1 .
Положението на динамичното ниво (понякога наричано условно) се определя, както обикновено, от работното налягане на газа pi, преобразувано в съответната височина на течния стълб (виж фиг. 9.2, c). На фиг. 9.2c показва пиезометър, прикрепен към кладенец. В такъв пиезометър се задава реално динамично ниво, съответстващо на работното налягане. Недостатъкът на едноредовия асансьор е ниската скорост на възходящия поток между дънния отвор и обувката, чиято дълбочина се определя от работното налягане на газа, изтеглянето на течност и производителността на кладенеца. Това обаче опростява толерантността на тръбите или като цяло промяната на дълбочината на тяхното окачване, ако възникне такава необходимост. Следователно има един вид едноредов асансьор - асансьор с работен отвор (виж фиг. 9.2, d). Един ред тръби с необходимия диаметър се спуска до долния отвор (или до горните перфорационни отвори), но на изчислената дълбочина, т.е. на дълбочината, където трябва да бъде обувката (дълбочината на мястото на инжектиране на газ в тръбата), се монтира работна втулка с отвори с диаметър 5 - 8 mm. Напречното сечение на отворите трябва да осигурява преминаването на изчисленото количество газ при спад на налягането в отворите не повече от 0,1 - 0,15 MPa. Падането на налягането в отворите поддържа нивото на течността под отвора с 10 - 15 m и осигурява по-равномерен поток на газ в тръбите. Едноредов повдигач с работен отвор (или ръкав) създава най-високи скорости на възходящ поток, е с най-малко металоемкост, но изисква повдигане на тръбния низ, ако е необходима промяна на потапянето. Положението на условното динамично ниво и потапянето се определят от налягането на работния газ в работните отвори,превърнати в колона течност. Едноредовият газлифтов дизайн, който използва 60 или тръби, създава широко пръстеновидно пространство, чиито размери играят решаваща роля в случай на използване на различни клапани, които се използват широко днес. В едноредов асансьор вместо работен съединител с работни отвори може да се използва така нареченият краен работен клапан, който поддържа постоянен спад на налягането при преминаване на газ, равен на 0,1 - 0,15 MPa, достатъчен за постоянно поддържане на нивото на течността под клапана с 10 - 15 м. Крайният клапан обикновено е заварен към специалния съединител отвън и има пружинно регулиране на необходимия спад на налягането и потока на газ. Такъв клапан