Клапаны-отсекатели и внутрискважинное оборудование

Основной современный метод снижения пусковых давлений — применение пусковых газлифтных клапанов. Главная особенность работы клапанов в отличие от отверстий заключается в том, что в момент поступления газа в подъемные трубы через каждый последующий клапан закрывается предыдущий. При работе скважины на заданном технологическом режиме газ подается в подъемные трубы через нижний рабочий газлифтный клапан (или башмак НКТ, рабочую муфту) при закрытых верхних пусковых клапанах. Возможность установки газлифтных клапанов вместо пусковых отверстий имеется только при однорядной конструкции подъемника.

Классификация газлифтных клапанов.

В настоящее время известно много различных типов газлифтных клапанов. Их классифицируют по различным признакам.

• 1. По назначению различают пусковые и рабочие клапаны. Первые применяют для пуска газлифтных и освоения фонтанных скважин. Рабочие клапаны служат для подачи газа при нормальной работе, оптимизации режима работы скважины путем ступенчатого изменения глубины ввода газа в НКТ и периодической подачи газа в НКТ при периодической газлифтной эксплуатации.
• 2. По способу крепления к НКТ имеются клапаны: а) наружные (стационарные), которые крепят на колонне НКТ снаружи и для их замены или регулировки извлекают из скважины всю колонну НКТ (рис.I а, в, г); б) внутренние (съемные) — крепят внутри скважинных газлифтных камер, имеющих эллиптическое сечение (рис. I, б) извлекают и устанавливают внутренние клапаны с помощью, так называемой, канатной техники.

• 3. По принципу действия выделяют клапаны:
  • а) управляемые давлением либо газа в затрубном пространстве (см. рис. I, a, б), либо жидкости в НКТ (см. рис. I, в);
  • б) дифференциальные, которые открываются и закрываются в зависимости от перепада давлений в затрубном пространстве и в НКТ на уровне клапана (см. рис. I, г).
• 4. По конструктивному исполнению различают сильфонные (см. рис. I, а, б, в) пружинные (см. рис. I, г) и комбинированные клапаны. Сильфонные клапаны работают либо под действием давления в кольцевом (затрубном) пространстве рк (рис. I, а, б), либо — давления в трубах ртр (см. рис. I, а). Их отличительный элемент — сильфонная камера), заряженная азотом до давления рс. Так как рс повышенное, то клапан нормально закрыт. Гофрированная стенка сильфона обеспечивает перемещение штока с клапанной головкой. Известны и клапаны других типов. В настоящее время на наших промыслах широко применяются сильфонные газлифтные клапаны, управляемые давлением газа.

Задача 1. Определить число рейсов сваба (поршня) и общее время на снижение забойного давления в скважине до пластового. Проверить тартальный канат на прочность Дано:

Решение:

Q1 = 0,785*0,1322*300 = 4,1 м³.

Q2 = 0,785*(0,5 042 — 0,0152)*300 = 0,552 м³.

hср = 340 + 300 = 640 м.

t1 = t2 = 640 / 3? 214 c.

t = 214 + 214 + 30 = 458 c.

n = 4,1 / 0,552 7,43 округляем до 8 циклов.

Pж = 0,552*1050*9,81 = 5685,88 Н.

Диаметр каната, мм.	Расчетная площадь сечения всех проволок, мм2.	Масса 1000 м каната, кг.	Суммарное разрывное усилие всех проволок/разрывное усилие каната в целом (Н) для маркировочных групп, Н/мм2 (кгс/мм2).	Номер барабана.	Количество метров на барабане.
1570(160).	1670(170).	1770(180).
13,0.	43,85.	427,0.

Рк = 0,427*9,81*640 = 2680,9 Н Р = 5685,88 + 2680,9 + 150 + 100 = 8616,78 Н.

Принимаем Рраз = 56 350 Н (канат двойной свивки типа тк-о. ГОСТ 3071–88) К = 56 350 / 8616,78 6,5.

Задача 2. Произвести расчет фонтанного подъемника; определить длину, диаметр, группу прочности стали колонны фонтанных труб по заданным условиям фонтанирования.

Дано:

Решение:

Определим глубину спуска труб: т. к Рзаб Рнас, движение ГЖС начинается от некоторого уровня выше забоя скважины, где Р = Рнас, поэтому трубы достаточно спустить на глубину:

L (р) = Нф — (Рзаб — Рнас) 106/ ж g, м где ж = вnв + н (1- nв) = 1101*0,1 + 820*0,9 = 848,1 кг/м3.

L (р) = 1650 — (11,8 — 9,0) 106/ 848,1 9,81 1313,5 м Определим (внутренний) НКТ:

dв = 400 ж L (р) /(Р1- Ру) 106×3 Q L (р) / ж g L (р) — (Р1- Ру) 106;

где Q = K (Рпл — Рзаб) = 10,5*(17,8 — 11,8) 63 т/сут.

Р1 = Рнас, при Рзаб Рнас.

dв = 400 841,1*1313,5 / (9,0 — 1,0)*106 * 3 63*1313,5 / 841,1*9,81*1313,5 — (9,0 — 1,0)*106 = 400*0,3716*0,31= 46 мм Принимаем ближайший диаметр НКТ по ГОСТ 633– — 80:

dв = 50,3 мм — внутр. диаметр НКТ,.

dу = 60 мм — условный диаметр НКТ,.

dм = 73 мм — наружн. диаметр муфты,.

= 5 мм — толщина стенки, тип НКТ — гладкие.

Спуск данного типоразмера НКТ в экспл. колонну -146мм возможен (dу 73 мм) Выбираем группу прочности стали из условия прочности на растяжение свободно подвешенной колонны: Lp L доп .

Предварительно принимая группу прочности Д, определим допустимую глубину спуска НКТ:

L доп = Рстр / n g /, м — для гладких труб, где: n — допуст. кф. запаса прочности,.

g / = m g 10−3, кН — вес 1п.м. труб,.

m = 6,8 кг — масса 1 п.м. труб, учитываем также вес соединительных муфт, mм = 1,3 кг.

g / = (m+ mм) g 10−3 = 8,1*9,81*0,001 = 0,079 кН ,.

Рстр = 204 кН, (для НКТ с dу = 60 мм, гр. прочн. — Д),.

L доп = 204 / (1,5 * 0,079) = 1721 м,.

L доп L (р) = 1313,5 — выбранная группа прочности стали удовлетворяет условию прочности.

Из условия прочности определим необходимое значение нРстр :

нРстр = L (р) n g / = 1313,5 *1,5 * 0,079 = 155,65 кН, нРстр Рстр = 204 кН, — данное условие выполняется, группа прочности стали выбрана верно.

Трубы НКТ, диаметром dу = 60 мм, с гладкими концами, изготовленные из стали группы прочности Д, при глубине спуска L (р) = 1313,51 м удовлетворяют фонтанному способу добычи при заданных условиях.

Задача 3. Определить пусковое давления при различных конструкциях и системах газлифта и глубину установки газлифтных клапанов, их количество.

Решение:

1. Определяется пусковое давление Рпуск при пуске скважины через рабочий клапан — для выяснения необходимости применения пусковых клапанов. Для однорядного подъемника кольцевой системы, при hст 0 определяем Нст — превышение уровня жидкости в НКТ над статическим уровнем при продавливании:

Нст = ((Рр — Р у) 106/ смg) (1 — d12 /D2) = (2,5*106 / 870*9,81)*(1 — 0,0732 / 0,1552) 228 м т.к. Нст hст, Рпуск определяем по формуле.

Рпуск = (1200 — 228)*870*9,81*10−6 *(0,155)2/(0,073)2 = 0,829*4,5 3,73 МПа т.к. Рпуск = 3,73 МПа Рр = 2,5 МПа для пуска газлифта требуется применение пусковых клапанов.

Fk = 0,785*0,1552 — 0,785*0,0732 0,0146 м².

Fт = 0,785*0,0732 = 0,418 м².

mп = 1 + ((1−0)*0,0146/0,418) = 3,49.

Li 1 = (2,5 — 1,0)*106/(3,49*870*9,81) 50 м.

L1 = 780 + 50 = 830 м — глубина установки 1-го клапана.

Р1 = 5,5 — 0,75*2,5 = 3,65 МПа.

l = 3,65*106 / 870*9,81 425 м.

Глубина установки 2-го клапана:

L2 = L1 + l = 830 + 425 = 1255 м Так как глубина скважины Н = 1200 м меньше расчетной глубины установки 2-го клапана необходимость в его установке отпадает, следовательно, подъемник будет работать при наличии 1-го клапана.