Газлифтная эксплуатация нефтяных скважин.

Когда пластовой энергии недостаточно для подъема жидкости с забоя, переходят на механизированный способ эксплуатации скважин. Один из механизированных способов эксплуатации скважин – газлифтный способ (рис. 10.6.1.).

Рисунок – 10.6.1. –Принципиальные схемы газлифтных скважин.

Конструкции: а – однорядная; б – двухрядная; в – полуторарядная.

Газ подается в кольцевое пространство и оттесняет жидкость в насосно-компрессорные трубы. Сжатый газ, дойдя до башмака насосно-компрессорных труб, проникает в них, газируя жидкость. Пузырьки газа поднимаются по насосно-компрессорным трубам, увлекая за собой жидкость. Поскольку плотность газожидкостной смеси меньше первоначальной плотности жидкости, противодавление на пласт снижается и за счет разницы между пластовым и забойным давлениями жидкость поступает из пластав скважину.

Таким образом, принцип действия газлифта одинаков с принципом действия фонтанного лифта, так как в обоих случаях подъем жидкости с забоя на поверхность происходит за счет энергии расширения газа. Однако в отличие от фонтанной эксплуатации при газлифтном способе рабочий агент к башмаку подъемных труб вводится с поверхности или перепускается с выше- или нижележащего высоконапорного газового пласта.

В качестве рабочего агента при газлифтной эксплуатации скважин применяют природный или нефтяной углеводородный газ или воздух. В первом случае система называется газлифтом, во втором — эрлифтом. Использование воздуха в качестве рабочего агента имеет ряд существенных недостатков. Сжатый воздух в скважине смешивается с газом, выделяющимся из пласта, и вместе с нефтью поступает в газоотделители. Поэтому из газоотделителя смесь воздуха с газом вынуждены выпускать в атмосферу, при этом она увлекает с собой также и легкие составные части нефти. Смесь воздуха с газом можно использовать и как топливо, но необходимо иметь в виду, что при содержании газа в общей смеси от 5 до 15 об. % может образоваться гремучая смесь. При использовании воздуха как рабочего агента происходит окисление нефти и качество ее снижается.

Иногда в эрлифтных скважинах образуются стойкие эмульсии. Кроме того, применение воздуха приводит к интенсивной коррозии нефтепромыслового оборудования. Поэтому в настоящее время воздух в качестве рабочего агента на новых месторождениях практически не применяют.

Способ эксплуатации нефтяных скважин с использованием рабочего агента, сжатого с помощью компрессоров, называется компрессорным. Если в качестве рабочего агента применяют природный газ высоконапорных газовых залежей, система называется бескомпрессорным газлифтом.

Газлифтный подъемник состоит из двух каналов или трубопроводов: одного для подачи рабочего агента, другого — для подъема газожидкостной смеси. Трубы, по которым закачивается рабочий агент, называются воздушными, а по которым происходит подъем газожидкостной смеси — подъемными.

Если газлифтная скважина оборудована двумя рядами труб, рабочий агент подается по кольцевому пространству между первым и вторым рядами труб, а газожидкостная смесь поднимается по подъемным трубам. При этом между обсадными трубами и вторым рядом труб устанавливается новый уровень, называемый динамическим (H _ДИН ), который всегда ниже статического. Давление столба жидкости высотой от забоя до динамического уровня равно забойному давлению:

P _ЗАБ = H _ДИНρg.

Положения статического и динамического уровней определяются соотношениями:

H _СТ = Р _ПЛ/ ( ρg ); H _ДИН = P _ЗАБ/ ( ρg ).

По числу спускаемых труб газлифтные подъемники бывают однорядные, двухрядные и полуторарядные, а по направлению рабочего агента — с кольцевой и центральной системами подачи.

При однорядном подъемнике с кольцевой системой подачи рабочего агента подъемные трубы спускают под статический уровень (H _СТ ) таким образом, чтобы при работе подъемника в скважине установился воображаемый динамический уровень H _ДИН, который обеспечивает необходимое забойное давление Р _ЗАБ Погружение труб под динамический уровень называется глубиной погружения. Газожидкостная смесь поднимается по центральным трубам. При работе такого подъемника рабочий уровень жидкости находится у башмака подъемных труб.

В однорядном подъемнике центральной системы рабочий агент нагнетается в колонну насосно-компрессорных труб, а газожидкостная смесь поднимается по межтрубному пространству. Центральную систему применяют в том случае, если в скважину нельзя спустить трубы расчетного диаметра. Кроме того, при центральной системе подачи рабочего агента достигается значительное снижение рабочего давления.

Существенные недостатки подъемников центральной системы заключаются в следующем. При эксплуатации пескопроявляющих скважин разъедаются соединительные муфты на трубах и они могут оборваться и упасть в скважину. При эксплуатации скважин, дающих парафинистую нефть, происходит отложение парафина в кольцевом пространстве, что приводит к потере подачи скважины и вызывает необходимость ее ремонта. Поэтому на практике в большинстве случаев применяют подъемники кольцевой системы.

Принцип действия однорядного и двухрядного подъемников один и тот же. Однорядные подъемники применяют на скважинах, которые эксплуатируют без воды и песка.

Двухрядные подъемники применяют на сильно обводненных скважинах или на скважинах, склонных к пескопроявлениям. Поскольку диаметры второго ряда труб меньше внутреннего диаметра обсадных труб и они спущены до верхнего интервала перфорации скважины, резко увеличиваются скорости восходящего потока жидкости и улучшаются условия выноса песка или воды с забоя скважины на поверхность.

Существенный недостаток двухрядных подъемников — его большая металлоемкость. Для уменьшения металлоемкости, а также для лучшего обеспечения выноса песка, поступающего вместе с нефтью к забою скважины, и улучшения условий подъема воды, которая может скопиться на забое из-за большой плотности, применяют так называемые «полуторарядные» подъемники с хвостовиком, являющимся продолжением внешнего ряда труб.

Преимуществами двухрядных подъемников является то, что они работают с меньшей пульсацией рабочего давления и струи жидкости, а следовательно, требуется меньший расход рабочего агента.

Для оборудования скважин однорядными подъемниками применяют насосно-компрессорные трубы с условными диаметрами от 48 до 89 мм и редко 114 мм.

При двухрядном подъемнике для колонны наружного ряда применяют трубы с условным диаметром 114, 102, 89 и 73 мм, для колонны внутреннего ряда — трубы диаметром 73, 60 и 48 мм.

При выборе конструкции газлифтных скважин следует иметь в виду, что минимальный зазор между внутренней стенкой обсадной колонны и наружной стенкой муфт насосно-компрессорных труб составляет 12—15 мм.