Пуск газлифтной скважины в эксплуатацию
Для ввода в работу новых и отремонтированных скважин осуществляют их пуск. Пуск скважины заключается в вытеснении жидкости газом в линии газоподачи до башмака подъёмных труб методом продавки и ввода газа в подъёмные трубы.
Перед пуском скважина (рис. 5) заполнена жидкостью (дегазированной нефтью, водой или другой жидкостью глушения). Уровень её в скважине соответствует пластовому давлению. Для общности рассмотрения принят двухрядный подъёмник.
Наибольшее давление газа, которое возникает при пуске, называют пусковым давлением Рп. Давление закачки газа в процессе эксплуатации скважины называют рабочим давлением Рр, причём Рп > Рр. Это обусловлено следующим:
- пуск осуществляется при статическом уровне hст, а работа - при динамическом hд < hст (депрессия уровня Δh0 = hст – hд); соответственно погружение труб под уровень – h1 < h;
- в подъёмных трубах уровень повышается на высоту Δh и на момент поступления газа в НКТ условное погружение составляет h + Δh > h > h1.
|
|
Рис. 5. Схема для расчёта пуска скважины в эксплуатацию методом продавки сжатым газом (а) и изменение давления закачиваемого газа на устье во времени при пуске (б)
При пуске вытесняемая жидкость в основном перемещается в подъёмные трубы и затрубное пространство и частично поглощается пластом. Достигнув башмака подъёмных труб, газ поступает в них, и расширяясь, всплывает.
Плотность газожидкостной смеси уменьшается, уровень её повышается до устья, после чего происходит выброс части жидкости, уровень жидкости в затрубном пространстве снижается ниже hст, начинается приток жидкости из пласта. При достаточном расходе газа скважина выходит на рабочий режим.
В процессе снижения уровня жидкости в линии газоподачи до башмака подъёмных труб и повышения уровня смеси в подъёмных трубах до устья давление газа на устье монотонно увеличивается до наибольшего значения Рр. При выбросе жидкости оно резко уменьшается и после нескольких колебаний, обусловленных инерционностью потоков в системе пласт - скважина, выходит на уровень Рр при непрерывном и достаточном расходе газа. В «сухих» скважинах (отсутствие гидродинамической связи скважины с пластом, пласт непродуктивный) оно снизилось бы до значения потерь давления на трение газа (см. пунктирную линию на рис. 5, б).
При пуске скважины создается нарастающая во времени репрессия давления, достигающая значения
, (4)
где ρ - плотность скважинной жидкости;
g - ускорение свободного падения.
Под действием этой репрессии происходит поглощение жидкости пластом с расходом, который определяется продолжительностью продавки (темпом подачи газа), упругими процессами перераспределения давления в пласте и состоянием призабойной зоны (коэффициентом продуктивности). Если призабойная зона загрязнена, то в пласт уходит очень мало жидкости. Пренебрегая потерями давления на гидравлическое трение, можно записать пусковое давление у башмака подъёмных труб
|
|
(5)
Неизвестное повышение уровня Δh можно оценить из уравнения баланса (равенства) объёмов жидкости, вытесненной из кольцевого пространства Vк, перемещенной в сообщаемые с атмосферой трубное и затрубное пространства Vт и ушедшей в пласт Vпл:
(6)
откуда
(7)
где ψп = Vпл/Vк - коэффициент, характеризующий поглощение жидкости пластом (доля поглощенной жидкости от всей вытесненной).
Так как Vт = (Fт +Fз) · Δh, Vк =Fк h, то уравнение (7) запишем
(Fт +Fз) · Δh = Fк · h(1 – ψп) (8)
откуда
(9)
где Ft, Fk, Fз - площади поперечного сечения соответственно трубного, кольцевого и затрубного пространств.
Тогда пусковое давление
где - коэффициент, определяемый соотношением площадей сечений и долей поглощенной жидкости.
При центральной системе подачи газа в формуле (10) величины Fk и Ft следует поменять местами, а для однорядного подъёмника принимают Fз = 0. В формуле (10) площади часто выражают через диаметры труб. Для однорядного подъёмника неучёт толщины стенки труб вносит погрешность менее 5%.
Из анализа формулы (10) следует:
- при ψп > 0, то есть при частичном поглощении жидкости пластом, Рп меньше, чем при отсутствии поглощения (ψп = 0);
- при ψп = 0 определяем Рп с расчётным запасом; в зависимости от соотношения площадей сечений применяемых труб величина mп может изменяться от 1,13 до 8,49, причём большие значения соответствуют однорядному подъёмнику кольцевой системы, средние - двухрядному и наименьшие - однорядному центральной системы;
- при ψп → 1 (полное поглощение) Pп → h· ρ·g; приблизиться к этому можно при очень медленных темпах подачи газа и соответственно большой продолжительности процесса продавки.
Продолжительность процесса продавки можно оценить отношением объёма кольцевого пространства V'к = Fк ·L к расходу закачиваемого газа, приведенному по уравнению Менделеева - Клапейрона к давлению и температуре в скважине. В литературе имеются более точные уравнения, описывающие изменение давления закачиваемого газа во времени с учетом поглощения жидкости пластом.
Если при пуске уровень жидкости в подъёмных трубах достигнет устья раньше, чем газ подойдет до башмака подъемных труб, и начнется перелив жидкости с противодавлением на устье P2 (например, в нефтесборную линию), то максимально возможное пусковое давление (при h +Δh = L) запишется
(11)
Таким образом, всегда Рп > Pп max.