Газлифтная труба что это


Газлифтные трубы

Трубы газлифтные представляют собой бесшовные стальные трубы ответственного назначения из углеродистых и высоколегированных марок стали. К этой продукции трубного металлопроката предъявляются особые повышенные требования, а ее производство строго регламентируется соответствующей нормативной документацией и контролируется на предмет высочайшего качества.

Обладая высокими прочностными характеристиками, надежностью, долговечностью, устойчивостью к воздействиям экстремальных температур, высокого рабочего давления, а также агрессивных сред (в частности к углеводородам), газлифтные трубы, также относимые к нефтяному сортаменту бесшовных труб, просто незаменимы в добывающей, нефтехимической, газовой промышленности. Их используют при механизированной эксплуатации скважин для газлифтной транспортировки (подъема) рабочих газо-жидкостных смесей (вода, газ, нефть) из глубоко залегающих пластов земной коры.

Наибольшее применение в силу своих свойств получила труба газлифтная из стали 09Г2С, сортамент которой с успехом используется по всему миру при нефте- и газодобыче, а также на перерабатывающих заводах, включая условия Крайнего Севера.

Сортамент и технические требования на изготовление бесшовных труб газлифтного назначения регламентируются такими документами:

  • ГОСТ 8732-78 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент
  • ГОСТ 8731-74 - технические требования на г/д трубы из легированной и углеродистой стали
  • ТУ 14-3-1128-82, ТУ 14-3-1128-2000, ТУ 14-3-1128-2004 – технические условия на изготовление труб стальных бесшовных горячедеформированных для газопроводов газлифтных систем и обустройства газовых месторождений
  • ТУ 14-3p-1128-2007 – технические условия на изготовление труб стальных бесшовных хладостойких для газопроводов газлифтных систем добычи нефти и обустройства газовых месторождений.

Согласно нормативной документации сырьем для производства газлифтных труб могут служить марки стали 10, 20, 09г2с и 10г2а. Диапазон диаметров составляет 57-426 мм, толщина стенок – 4-25 мм, все трубы проходят полный испытательный цикл, визуальный контроль, проверку ультразвуком.

Трубы газлифтные бесшовные изготавливаются в строгом соответствии с требованиями ТУ из слитков ЭШП (электрошлакового переплава), кованных и катаных заготовок методом горячей деформации.

Классификация газлифтных труб

Трубы газлифтного типа, являясь отдельным видом трубного металлопроката специального назначения, имеют довольно условную классификацию – в основном по своему сортаменту и непосредственному предназначению:

  • по регламентирующей нормативной документации
  • по диаметру
  • по толщине стенок
  • по марке стали.

Маркировка указывает на характеристики и свойства трубы. Как правило, это диаметр изделия, номер партии и номер трубы в комплекте, марка стали, из которой изготовлены трубы газлифтные (09г2с, 10г2а, Ст.10, 20), информация об изготовителе. Все это регламентируется ГОСТ 10692-80 Трубы стальные, чугунные и соединительные части к ним. Приемка, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение, а также его дополнениями.

Продажа газлифтных труб в компании МеталлГрупп

В компании МеталлГрупп можно купить трубы газлифтные недорого высочайшего качества. Мы также сможем предложить подобный продукт, бывший в употреблении - его приобрести вам будет выгоднее - на него цена является заметно ниже, чем на только выпущенную продукцию, а качество при этом не ухудшится.

Дополнительные услуги при продаже нашей продукции

Вы сможете не только купить любой трубный прокат в компании Металл Групп, но и заказать его гибку, обработку кромки, изготовление металлоконструкций любого назначения по вашим чертежам, резку по нужным размерам, правку, цинкование.

Газлифт - PetroWiki

Газлифт - это метод искусственного подъема, при котором используется внешний источник газа высокого давления для добавления пластового газа для подъема скважинных флюидов. Принцип газлифта заключается в том, что газ, нагнетаемый в НКТ, снижает плотность жидкостей в НКТ, а пузырьки оказывают «очищающее» действие на жидкости. Оба фактора действуют на снижение забойного давления (забойного давления) на забое НКТ. Сегодня используются два основных типа газлифта - непрерывный и прерывистый.На этой странице кратко описывается каждый метод, а также его преимущества и недостатки.

Газлифт непрерывный

Подавляющее большинство газлифтных скважин добываются непрерывным потоком, который очень похож на естественный поток. На рис. 1 показана схема газлифтной системы. В газлифте с непрерывным потоком пластовый газ дополняется дополнительным газом высокого давления из внешнего источника. Газ непрерывно закачивается в эксплуатационный трубопровод на максимальной глубине, которая зависит от давления нагнетаемого газа и глубины скважины.Закачиваемый газ смешивается с добываемым скважинным флюидом и снижает плотность и, следовательно, градиент давления потока смеси от точки закачки газа к поверхности. Уменьшение градиента текущего давления снижает текущее забойное давление ниже статического забойного давления, тем самым создавая перепад давления, который позволяет текучей среде течь в ствол скважины. Рис. 2 иллюстрирует этот принцип.

  • Рис. 1 - Схема газлифтной системы.(Любезно предоставлено Schlumberger.)

  • Рис. 2 - Градиент текущего давления проходит выше и ниже глубины закачки газа в газлифтной скважине с непрерывным потоком.

Газлифт с непрерывным потоком рекомендуется для скважин с большим объемом и высоким статическим забойным давлением, в которых могут возникнуть серьезные проблемы с закачкой при использовании других методов искусственного подъема. Это отличное применение для морских пластов с сильным приводом воды или в коллекторах с заводнением с хорошими КП и высокими отношениями газ / нефть (GOR).Когда газ под высоким давлением доступен без сжатия или когда стоимость газа невысока, газлифт становится особенно привлекательным. Газлифт с непрерывным потоком дополняет добываемый газ дополнительной закачкой газа для снижения давления на входе в НКТ, что также приводит к снижению пластового давления.

Надежная и адекватная подача качественного лифтового газа высокого давления является обязательной. Этот запас необходим на протяжении всего срока эксплуатации скважины, если газлифт должен поддерживаться эффективно. На многих месторождениях добыча газа снижается по мере увеличения обводненности, что требует некоторого внешнего источника газа.Давление газлифта обычно фиксируется на начальном этапе проектирования объекта. В идеале система должна быть спроектирована таким образом, чтобы подниматься чуть выше продуктивной зоны. Скважины могут работать нестабильно или не работать вообще, когда прекращается подача лифта или когда давление резко колеблется. Низкое качество газа ухудшит или даже остановит производство, если он содержит коррозионные вещества или чрезмерное количество жидкости, которые могут повредить клапаны или заполнить низкие места в линиях подачи. Основные требования к газу должны быть выполнены, иначе газлифт не является жизнеспособным методом подъема.

Газлифт с непрерывным потоком создает относительно высокое противодавление на пласт по сравнению с закачкой; следовательно, производительность снижается. Кроме того, энергоэффективность невысока по сравнению с некоторыми методами искусственного подъема, а низкая эффективность значительно увеличивает как начальные капитальные затраты на сжатие, так и эксплуатационные затраты на энергию.

Преимущества

Газлифт имеет следующие преимущества.

  • Газлифт - лучший метод искусственного подъема для работы с песком или твердыми материалами.Многие скважины производят некоторое количество песка, даже если установлен контроль песка. Добываемый песок вызывает незначительные механические проблемы в газлифтной системе; в то время как только небольшое количество песка мешает другим методам перекачки, кроме винтового насоса.
  • Искривленные или искривленные ямы легко поднимаются газлифтом. Это особенно важно для скважин на морских платформах, которые обычно бурятся направленно.
  • Газлифт позволяет одновременно использовать кабельное оборудование, и такое скважинное оборудование легко и экономично обслуживать.Эта функция позволяет проводить текущий ремонт трубопровода.
  • При нормальной газлифтной конструкции трубка остается полностью открытой. Это позволяет использовать съемку забойных насосов, зондирование песка и откачку, производственный каротаж, резку, парафин и т.д.
  • Газовый фактор с высоким пластом очень полезен для газлифтных систем, но мешает другим системам искусственного подъема. Добываемый газ означает, что требуется меньше нагнетаемого газа; тогда как во всех других методах перекачивания перекачиваемый газ резко снижает объемный КПД перекачки.
  • Газлифт универсальный. Широкий диапазон объемов и глубин подъема может быть достигнут практически с одним и тем же скважинным оборудованием. В некоторых случаях переключение на кольцевой поток также может быть легко выполнено при работе с чрезвычайно большими объемами.
  • Центральную газлифтную систему можно легко использовать для обслуживания многих скважин или эксплуатации всего месторождения. Централизация обычно снижает общие капитальные затраты и упрощает контроль и тестирование скважины.
  • А газлифтная система не навязчива; у него низкий профиль.Оборудование надводных скважин такое же, как и для проточных, за исключением учета нагнетательного газа. Низкий профиль обычно является преимуществом в городских условиях.
  • Оборудование для подземных скважин стоит относительно недорого. Затраты на ремонт и техническое обслуживание подземного оборудования обычно невысоки. Оборудование легко вытаскивается, ремонтируется или заменяется. К тому же капитальный ремонт скважин происходит нечасто.
  • Установка газлифта совместима с подземными предохранительными клапанами и другим наземным оборудованием.Использование подземного предохранительного клапана с поверхностным управлением с 1/4 дюйма. Линия управления позволяет легко закрыть скважину.
  • Газлифт по-прежнему может работать достаточно хорошо, даже если при проектировании доступны только плохие данные. Это удачно, потому что расчет интервала обычно должен быть выполнен до того, как скважина будет завершена и испытана.

Недостатки

Газлифт имеет следующие недостатки.

  • Относительно высокое противодавление может серьезно ограничить производство при непрерывном газлифте.Эта проблема становится более значительной с увеличением глубины и снижением статических забойных давлений. Таким образом, скважину длиной 10 000 футов со статическим забойным давлением 1000 фунтов на квадратный дюйм и PI 1,0 баррелей в сутки на квадратный дюйм будет трудно поднять с помощью стандартной газлифтной системы с непрерывным потоком. Однако для таких колодцев существуют специальные схемы.
  • Газлифт относительно неэффективен, что часто приводит к большим капитальным вложениям и высоким эксплуатационным расходам на электроэнергию. Компрессоры относительно дороги и часто требуют длительных сроков поставки.Компрессор занимает место и вес при использовании на морских платформах. Кроме того, стоимость наземных систем распределения может быть значительной. Увеличение использования газа также может увеличить размер необходимого выкидного трубопровода и сепараторов.
  • Соответствующее газоснабжение необходимо на протяжении всего срока реализации проекта. Если на месторождении заканчивается газ или если газ становится слишком дорогим, может возникнуть необходимость перейти на другой метод искусственного подъема. К тому же газа должно хватить на легкий запуск.
  • Эксплуатация и обслуживание компрессоров могут быть дорогими.Для надежной работы требуются квалифицированные операторы и хорошая механика компрессора. Время простоя компрессора должно быть минимальным (<3%).
  • Повышенная трудность при подъеме сырой нефти с низкой гравитацией (менее 15 ° API) из-за большего трения, попадания газа и возврата жидкости. Охлаждающий эффект расширения газа может еще больше усугубить эту проблему. Кроме того, охлаждающий эффект усугубит любую проблему с парафином.
  • Хорошие данные необходимы для создания хорошего дизайна. Если нет, возможно, придется продолжить работу с неэффективной конструкцией, которая не дает скважины на полную мощность.

Возможные эксплуатационные проблемы газлифта, которые необходимо решить, включают:

  • Проблемы замерзания и образования гидратов в линиях нагнетания газа
  • Коррозионный впрыск газа
  • Серьезные проблемы с парафином
  • Неустойчивое давление всасывания и нагнетания
  • Проблемы с проводной линией

Другие проблемы, которые необходимо решить:

  • Изменение условий в скважине
  • Особенно падает BHP и индекс производительности (PI)
  • Глубокий подъемник большой мощности
  • Взаимодействие клапана (многоточечный)

Кроме того, двойной газлифт сложен в эксплуатации и часто приводит к низкой эффективности подъема.Эмульсии, образующиеся в насосно-компрессорных трубах, которые могут ускоряться, когда газ входит против потока в трубке, также должны быть устранены.

Газлифт прерывистый

Как следует из названия, прерывистый поток - это периодическое вытеснение жидкости из трубопровода путем закачки газа под высоким давлением. Действие аналогично тому, которое наблюдается при выстреле пули из ружья. ( См. Рис. 2 .) Жидкая пробка, скопившаяся в трубке, представляет собой пулю. Когда спусковой крючок нажат (открывается газлифтный клапан), нагнетаемый газ под высоким давлением попадает в камеру (трубку) и быстро расширяется.Это действие выталкивает жидкую пробку (заштрихованную на рис. 2 ) из трубы таким же образом, как расширяющийся газ выталкивает пулю из пистолета. Недостатком газлифта с прерывистым потоком является необходимость "включения / выключения" в газе высокого давления, что представляет проблему с транспортировкой газа на поверхности и вызывает скачки текущего забойного давления, которые недопустимы во многих скважинах, добывающих песок. Из-за непостоянной добычи в скважине газлифт с прерывистым потоком не способен производить с такой высокой скоростью, как газлифт с непрерывным потоком.Прерывистый поток не следует рассматривать, если забойное давление не является низким, а скважина не имеет подъема газа от забойного клапана.

  • Рис. 2-Цикл нагнетания газа для подъема газа из жидкой пробки в скважине с прерывистым газлифтом.

Периодический газлифтный метод обычно используется на скважинах, которые производят небольшие объемы жидкости (приблизительно от <150 до 200 баррелей в сутки), хотя некоторые системы производят до 500 баррелей в сутки. Скважины, для которых рекомендуется периодический подъем, обычно имеют характеристики высокого индекса продуктивности (PI) и низкого забойного давления (BHP) или низкого PI с высоким BHP.Прерывистый газлифт может использоваться для замены непрерывного газлифта на скважинах, которые истощены до низкого дебита, или когда газовые скважины истощены до низких дебитов и им мешает загрузка жидкости.

Если имеется адекватная, недорогая и качественная подача газа для подъема жидкостей из относительно неглубокой скважины с высоким газовым / нефтяным газом (GOR), низким коэффициентом полезного действия или низким забойным давлением с плохим изгибом, из-за которого образуется некоторое количество песка, тогда прерывистый газовый лифт станет отличным выбором. Прерывистый газлифт имеет многие из тех же преимуществ / недостатков, что и непрерывный газлифт, и основные факторы, которые следует учитывать, аналогичны.В следующем обсуждении будут освещены только различия. Если вместо прерывистого подъема можно использовать плунжерный подъемник, эффективность будет выше. Эта разница может определить успех или неудачу системы.

Преимущества

Прерывистый газлифт имеет следующие преимущества.

  • Периодический газлифт обычно имеет значительно более низкую производительную мощность, чем непрерывный газлифт.
  • Он может обрабатывать небольшие объемы жидкости с относительно низкими производственными забойными давлениями.

Недостатки

Прерывистый газлифт имеет следующие недостатки.

  • Периодический газлифт ограничен скважинами небольшого объема. Например, скважина длиной 8000 футов с 2-дюймовым. НКТ с номинальным давлением редко могут быть произведены со скоростью более 200 баррелей в сутки при среднем производственном давлении намного ниже 250 фунтов на квадратный дюйм.
  • Среднее производственное давление обычной системы прерывистого подъема все еще относительно высокое по сравнению со штанговой перекачкой; тем не менее, производство BHP может быть уменьшено за счет использования камер.Камеры особенно подходят для скважин с высоким КПД и низким забойным давлением.
  • Низкая энергоэффективность. Обычно на баррель добытой жидкости расходуется больше газа, чем при газлифте с постоянным расходом. Кроме того, вероятность подъема части жидких пробок потоком газа увеличивается с увеличением глубины и обводненности, что делает подъемную систему еще более неэффективной. Тем не менее, возврат жидкости можно уменьшить за счет использования плунжеров, где это применимо.
  • Колебания дебита и забойного давления могут нанести ущерб скважинам с контролем песка.Добываемый песок может закупорить НКТ или стоячий клапан. Кроме того, колебания давления в наземных сооружениях вызывают проблемы с транспортировкой газа и жидкости.
  • Прерывистый газлифт обычно требует частой регулировки. Оператор аренды должен регулярно изменять скорость закачки и период времени, чтобы увеличить добычу и поддерживать относительно низкую потребность в газе для лифтов.

Приложения

Газлифт особенно применим для подъема текучих сред в скважинах, в которых добывается значительное количество газа с нефтью.Газовые компрессоры почти всегда устанавливаются для сбора добываемого газа и, с небольшими изменениями, могут быть спроектированы для обеспечения высокого давления нагнетаемого газа в газлифтной системе. Закачиваемый газ только дополняет пластовый газ и может составлять лишь небольшой процент от общего объема добытого газа. Большинство скважин с непрерывным потоком могут быть истощены за счет газлифта, поскольку программы поддержания пластового давления реализуются на большинстве крупных нефтяных месторождений, а многие пласты имеют гидроприводы.

Гибкость газлифта с точки зрения производительности и глубины подъема редко может быть сравнена с другими методами искусственного подъема, если доступны адекватное давление и объем нагнетаемого газа.Газлифт - одна из самых щадящих форм искусственного лифта, потому что плохо спроектированная установка обычно газлифтит некоторое количество жидкости. Глубина оправки для многих газлифтных установок с оправками с извлекаемым клапаном рассчитывается с минимальной информацией о скважине.

Скважины с большим наклоном, которые производят песок и имеют высокое отношение пластового газа к жидкости, являются отличными кандидатами для газлифта, когда требуется искусственный подъем. Многие газлифтные установки предназначены для увеличения суточной добычи из текущих скважин.Ни один другой метод не подходит так идеально для заканчивания трубопровода на дне океана, как газлифтная система. Газлифтные клапаны, извлекаемые с помощью троса, можно заменять без глушения скважины или вытягивания труб.

Газлифтный клапан - это простое устройство с небольшим количеством движущихся частей, и скважинные жидкости, содержащие песок, не должны проходить через клапан для подъема. Внутрискважинное оборудование стоит относительно недорого. Наземное оборудование для контроля нагнетания газа простое, требует минимального обслуживания и практически не требует места для установки.Как правило, сообщаемая высокая общая надежность и более низкие эксплуатационные расходы для газлифтной системы превосходят другие методы подъема.

Ограничения газлифта

Основным ограничением газлифтных операций является отсутствие пластового газа или источника нагнетательного газа. Большое расстояние между скважинами и нехватка места для компрессоров на морских платформах также могут ограничивать применение газлифта. Плохое техническое обслуживание компрессора может увеличить время простоя компрессора и увеличить стоимость газлифтного газа, особенно для небольших полевых установок.Компрессоры дороги и требуют надлежащего обслуживания. Как правило, газлифт не так подходит, как некоторые другие системы, для установки в одной скважине и широко разнесенных скважин. Использование влажного газа без осушки снижает надежность газлифтных операций.

Интересные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые читатель, желающий узнать больше, обязательно должен прочитать

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для предоставления ссылок на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

См. Также

Проектирование газлифтной системы

Газлифтное оборудование и сооружения

Механика газлифтного клапана

Конструкция газлифтной установки

Способы проектирования газлифтных установок

Газлифт прерывистого действия

Конструкция газлифтной установки с прерывистым потоком

Камерный подъемник

Применение плунжера газлифта прерывистого действия

Газлифтные операции

Газлифт для необычных условий эксплуатации

PEH: Газлифт

Категория

.

Проектирование газлифтной системы - PetroWiki

В идеале, система искусственного подъема должна быть выбрана и спроектирована на начальном этапе планирования нефтяного месторождения. Однако в спешке, чтобы ввести месторождение в эксплуатацию, нельзя рассматривать искусственный подъемник до тех пор, пока не будут спроектированы и установлены другие производственные объекты. После монтажа наземных производственных мощностей сложно выбрать и установить оптимальную систему искусственного подъемника. Особенно это актуально в случае газлифта.

Основы газового проектирования газлифта

В этом разделе обсуждаются только основы газовой промышленности, необходимые для проектирования и анализа газлифтных установок и эксплуатации. Наиболее важные газовые расчеты, связанные с газлифтными скважинами и системами, можно разделить на следующие темы:

Факторы, влияющие на конструкцию газлифтной системы

Большая часть производственного оборудования влияет на конструкцию газлифтной системы, поэтому лучше всего проектировать газлифтную систему одновременно с проектированием наземных сооружений.Вся цель газлифтной системы состоит в том, чтобы снизить забойное давление скважины. Все, что ограничивает или предотвращает это, повлияет на систему и должно быть учтено при проектировании.

Схема месторождения и конструкция скважины

Учет газлифтных операций должен быть основным фактором при выборе размера ствола для требуемых труб нефтяных скважин. Это особенно верно для морских скважин, где все скважинное газлифтное оборудование, за исключением клапанов, устанавливается во время первоначального заканчивания.На прибрежных месторождениях газлифт влияет на размер и расположение линий сбора и производственных станций. Перед разработкой программы обсадных труб следует рассмотреть возможность искусственного подъема. Программы обсадных труб должны обеспечивать максимальный дебит скважины без ограничений. Экономия на размере обсадной колонны может в конечном итоге стоить потерянной продукции, которая во много раз больше, чем любая экономия от меньшего размера трубы и отверстия. То же самое и с размером и длиной выкидного трубопровода. Добывающие станции должны располагаться относительно близко к добывающим скважинам.В большинстве случаев увеличение размера выкидной линии не компенсирует противодавление, создаваемое добавленной длиной трубы. Любой элемент производственного оборудования, повышающий противодавление на устье скважины, будь то штуцеры на устье, небольшие выкидные трубопроводы, коллекторы и сепараторы меньшего размера или высокое давление всасывания компрессора, серьезно влияет на работу газлифтной системы. На рис. 1 показано влияние противодавления на потребность в закачиваемом газе и добычу жидкости в газлифтной скважине длиной 6 900 футов. [1]

  • Рис. 1 - Влияние противодавления на устье на суточные дебиты и потребности в закачиваемом газе. [2]

Давление нагнетаемого газа

Выбор правильного давления нагнетаемого газа имеет решающее значение при проектировании газлифтной системы. [2] Несколько факторов могут повлиять на выбор давления нагнетаемого газа. Однако один главный фактор выделяется среди всех остальных. Чтобы получить максимальную отдачу от закачиваемого газа, его необходимо закачивать как можно ближе к интервалу добычи.Давление нагнетаемого газа на глубине должно быть больше, чем давление добычи на той же глубине. Любой компромисс с этим принципом приведет к меньшему падению давления и менее эффективной работе. Большие объемы газа, закачиваемые в верхнюю часть столба текучей среды, не будут иметь такого же эффекта, как гораздо меньший объем газа, закачиваемый вблизи глубины продуктивного пласта, потому что плотность текучей среды уменьшается только выше точки закачки газа.

Кривая равновесия [1] иллюстрирует влияние глубины нагнетания газа на конкретную скважину.Кривая равновесия устанавливается путем определения пересечения градиента давления пластового флюида ниже глубины закачки газа с градиентом добываемого газлифта над глубиной закачки газа для различных дебитов добываемой жидкости (см. рис. 2, ). В (рис. 2) пересечения градиента давления текучего пластового флюида для скорости 400-баррелей в день и скорости 600-баррелей в день пересекаются с пересечением полного градиента давления (пласт плюс нагнетаемый газ). выше точки нагнетания газа на поверхность для обеих скоростей.Если пересечения установлены для большого количества ставок, как показано на рис. 3 , точки могут быть соединены и сформируют так называемую кривую равновесия. Когда траверсы давления нагнетаемого газа проводят с поверхности, можно определить максимальную скорость газлифта из скважины для различных давлений нагнетаемого газа с поверхности. Снова обращаясь к Рис. 3 , давление газа закачки на поверхности 1200 фунтов на квадратный дюйм привело бы к газлифту в этой скважине со скоростью чуть выше 600 баррелей в сутки.

  • Рис. 2-Построение кривой равновесия.

  • Рис. 3. Кривая полного равновесия для конкретных условий в скважине.

При более высоком давлении нагнетаемого газа может потребоваться меньше скважинного оборудования (см. Рис. 4 ). Более высокое давление нагнетаемого газа обеспечивает больший перепад давления между давлением нагнетаемого газа и давлением в трубопроводе; тем самым позволяя увеличить расстояние между клапанами.Таким образом, для достижения максимальной глубины закачки газа требуется меньше оправок и клапанов. Обратите внимание, что в модели , рис. 4 , конструкция с давлением 800 фунтов на кв. Дюйм достигает глубины всего 4817 футов и требует семи газлифтных клапанов. Для сравнения, в конструкции с давлением 1400 фунтов на квадратный дюйм используется только четыре газлифтных клапана для достижения полной глубины скважины на высоте 8000 футов. Максимальная депрессия в пласте при закачке газа под давлением 800 фунтов на квадратный дюйм составляет всего 210 фунтов на квадратный дюйм (от 2200 до 1990) по сравнению до 1010 фунтов на квадратный дюйм (от 2200 до 1190) при использовании нагнетаемого газа 1400 фунтов на квадратный дюйм.

  • Рис. 4-A Графический дизайн газлифтной установки с непрерывным потоком, основанный на давлении нагнетаемого газа 800 фунтов на кв. Дюйм (световые линии), перекрывающий конструкцию для давления нагнетаемого газа 1400 фунтов на квадратный дюйм.

Основные факторы, влияющие на выбор наиболее экономичного давления нагнетательного газа

Обсуждались только основные условия, которые должны быть выполнены для обеспечения наиболее эффективного давления нагнетаемого газа для поддержания рабочего давления для данной скважины.На выбор наиболее эффективного давления газа для закачки с поверхности может влиять множество других факторов. Они могут включать:

  • Характеристики сырой нефти давление / объем / температура (PVT)
  • Обводненность продуктивного потока
  • Плотность закачиваемого газа
  • Противодавление на устье
  • Номинальное давление оборудования
  • Проектирование скважинного оборудования

Расчет влияния давления нагнетательного газа на наземные производственные объекты

Выбор и проектирование компрессорного оборудования и связанных с ним устройств необходимо тщательно рассмотреть в газлифтных системах из-за высокой начальной стоимости мощности компрессора и того факта, что эта стоимость обычно составляет основную часть общей стоимости проекта.В большинстве случаев давление нагнетаемого газа, необходимое на устье скважины, определяет давление нагнетания компрессора. Более высокие давления впрыскиваемого газа увеличивают необходимое давление нагнетания компрессора, что выражается в соответствующем увеличении мощности компрессора, необходимой для данного объема газа. Однако, если газлифтная система спроектирована правильно, соответствующее снижение требований к объему газа приведет к повышению общей эффективности работы.

Объем газа

Общий объем закачиваемого газа, необходимый для газлифтной скважины с непрерывным потоком, может быть определен методами прогнозирования характеристик скважины.Расчеты производительности скважины обсуждаются позже в этой главе, но обычно они выполняются путем одновременного решения уравнений притока и оттока скважины. Приток скважины или приток жидкости из пласта можно моделировать с помощью методов прямого снижения давления ( PI ) или зависимости характеристик притока (IPR). [3] Аналогичным образом, истечение скважины или поток жидкости из пласта на поверхность обычно прогнозируется с помощью эмпирических корреляций, таких как те, которые представлены Poettmann и Carpenter, [4] Orkiszewski, [5] Duns and Ros , [6] Hagedorn and Brown, [7] Beggs and Brill, [8] и другие.После определения типовых требований к объему газа для отдельных скважин можно рассчитать общие значения для всего месторождения.

Характеристики динамического газлифтного клапана

Важность работы газлифтного клапана при проектировании газлифтной установки в первую очередь зависит от максимальных требуемых скоростей закачки газа через газлифтные клапаны для разгрузки и газлифта скважины. Динамические испытания газлифтных клапанов показали заметную разницу в характеристиках 1-дюймовых и 1-дюймовых клапанов.Газлифтные клапаны с наружным диаметром 5 дюймов. Хотя оба наружных диаметра этих газлифтных клапанов имели одинаковый размер порта, клапан с наружным диаметром 1,5 дюйма с сильфоном большего размера имел гораздо более высокую пропускную способность нагнетаемого газа при таком же увеличении давления нагнетаемого газа выше начального открытия клапана. давление. По этой причине газлифтный клапан с большим наружным диаметром и диаметром 0,77 дюйма. 2 Зона сильфона рекомендуется для газлифтных высокодебитных скважин с большими НКТ.

В последние годы наблюдается значительный интерес к фактической производительности закачки газа газлифтными клапанами.API RP 11V2 [9] представляет рекомендуемые методы испытаний газлифтной арматуры. Одноэлементный несбалансированный газлифтный клапан имеет две основные характеристики, которые определяются при испытании зонда. Процедура проведения теста датчика описана в RP 11V2 . Эти характеристики представляют собой величину нагрузки на сильфон или жесткость пружины и приблизительное эффективное линейное перемещение штока клапана. Требуемый ход штока клапана для обеспечения полностью открытого порта увеличивается с размером порта клапана, как показано на Рис.5 , для газлифтных клапанов с квадратными седлами с острыми краями. Если максимальный линейный ход штока меньше, чем требуется для полностью открытой области порта, расход нагнетаемого газа будет меньше, чем расход газа через отверстие с площадью, равной площади порта.

  • Рис. 5. Зависимость площади порта газлифтного клапана от хода штока на основе площади боковой поверхности усеченного конуса правого кругового конуса.

Конструкцию и работу газлифта можно разделить на две категории в зависимости от основной силы открытия.Если клапан открывается в основном за счет увеличения давления нагнетаемого газа в корпусе, клапан называется газлифтным клапаном, управляемым давлением нагнетания. Клапан, управляемый производственным давлением, открывается в первую очередь за счет увеличения производственного давления в НКТ на глубине клапана.

Типичные стандартные размеры сильфонов: 0,31 дюйма. 2 для газлифтных клапанов с наружным диаметром 1 дюйм и 0,77 дюйма. 2 для клапана с наружным диаметром 1,5 дюйма. Существуют другие размеры сильфонов и газлифтных клапанов с меньшим наружным диаметром для применения со специальными зазорами, которые не будут включены в этот раздел.Внешний диаметр газлифтного клапана не соответствует размеру сильфона. Газлифтный клапан с наружным диаметром 1,5 дюйма может иметь сильфон меньшего размера. В опубликованных технических характеристиках клапана указан размер сильфона.

Газлифтный клапан следует испытывать точно так же, как он работает в скважине. Типичные размеры портов для газлифтных клапанов с наружным диаметром 1 дюйм: 1/8, 3/16, 1/4, 5/16 и 3/8 дюйма. Я БЫ. Размеры портов: 3 / 16-, 1 / 4-, 5 / 16-, 3 / 8-, 7 / 16- и 1/2 дюйма. Доступны внутренние диаметры для газлифтных клапанов с наружным диаметром 1,5 дюйма (см. , таблица 1, .). Эти клапаны, управляемые давлением нагнетания, открываются увеличением давления нагнетаемого газа, прикладываемого к большей части эффективной площади сильфона. Непрактично пытаться открыть эти клапаны, увеличивая рабочее давление, которое действует на гораздо меньшую площадь. Теоретически требуется увеличение на несколько сотен или тысяч фунтов на квадратный дюйм для полного срабатывания этих клапанов за счет только увеличения рабочего давления.

Операторы должны осознавать возможность ограниченного прохождения нагнетаемого газа газлифтными клапанами для газлифтных высокодебитных скважин через большие трубы или затрубное пространство обсадной колонны.Скорость потока нагнетаемого газа, основанная на полностью открытом размере порта, не следует предполагать для портов большего размера во многих несбалансированных одноэлементных газлифтных клапанах. Для максимального фактического диапазона давления нагнетаемого газа во время типичных операций по разгрузке газлифта эквивалентная площадь порта, открытая для потока нагнетаемого газа, меньше площади, основанной на заявленном размере порта для газлифтных клапанов с большой относительной площадью порта. к эффективной площади сильфона. Предполагая, что 1 дюйм. Газлифтный клапан OD с большим отверстием имеет ход штока клапана для полного открытия, необходимое увеличение давления нагнетаемого газа для перемещения штока клапана для этого требуемого хода может приближаться или превышать 200 фунтов на квадратный дюйм для постоянного рабочего давления. .Максимальный ход штока клапана также может быть ограничен производственными допусками в том же направлении, механическим упором или набором сильфонов до достижения полностью открытого порта.

Список литературы

  1. 1.0 1.1 Бланн, Дж. Р. и Уильямс, Дж. Д. 1984. Определение наиболее прибыльного давления закачки газа для газлифтной установки (включая сопутствующие документы 13539 и 13546). J Pet Technol 36 (8): 1305-1311.SPE-12202-PA. http://dx.doi.org/10.2118/12202-PA.
  2. 2,0 2,1 Газлифт , Книга 6 серии профессионального обучения, третье издание. 1994. Даллас, Техас: API, отдел разведки и добычи.
  3. ↑ Фогель, Дж. В. 1968. Взаимосвязь характеристик притока для скважин с газовым приводом. J Pet Technol 20 (1): 83–92. SPE 1476-PA. http://dx.doi.org/10.2118/1476-PA.
  4. ↑ Поэттманн, Ф.Х. и Карпентер, П.Г. 1952. Многофазный поток газа, нефти и воды через вертикальные струны. Drilling & Prod. Прак. , 257.
  5. ↑ Оркишевский Дж. 1967. Прогнозирование двухфазных падений давления в вертикальной трубе. J Pet Technol 19 (6): 829–838. SPE-1546-PA. http://dx.doi.org/10.2118/1546-PA.
  6. ↑ Дунс, Х. младший и Рос, Северная Каролина 1963. Вертикальное течение газов и жидких смесей из скважин. Proc., Шестой Мировой нефтяной конгресс, Франкфурт, Германия, Sec. II, Документ 22-PG.
  7. ↑ Хагедорн, А. и Браун, К. 1964. Влияние вязкости жидкости в двухфазном вертикальном течении.J Pet Technol 16 (2): 203-210. SPE-733-PA. http://dx.doi.org/10.2118/733-PA.
  8. ↑ Беггс, Д.Х. и Брилл, Дж. П. 1973. Исследование двухфазного потока в наклонных трубах. J Pet Technol 25 (5): 607-617. SPE-4007-PA. http://dx.doi.org/10.2118/4007-PA.
  9. ↑ API RP 11V2, Рекомендуемая практика испытаний производительности газлифтного клапана, первое издание. 1995. Вашингтон, округ Колумбия: API.

Книги, заслуживающие внимания

Браун, К. Э. (1967): ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ГАЗЛИФТА.Petroleum Publishing Co., Талса, Оклахома.

Эрнандес, А. (2016): ОСНОВЫ ГАЗОЛИФТНОЙ ТЕХНИКИ. ISBN 978-0-12-804133-8 Gulf Professional Publishing, Кембридж, Массачусетс, 966p

Такач Г. (2005): РУКОВОДСТВО ПО ПОДЪЕМУ ГАЗА. ISBN 0-87814-805-1 PennWell Books, Талса, Оклахома, 478 стр.

Интересные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые читатель, желающий узнать больше, обязательно должен прочитать

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для предоставления ссылок на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

См. Также

Газлифт

Газлифтное оборудование и сооружения

Механика газлифтного клапана

Конструкция газлифтной установки

Способы проектирования газлифтных установок

Газлифт прерывистого действия

Конструкция газлифтной установки с прерывистым потоком

PEH: Газлифт

.

Что такое газовый лифт? (с рисунками)

Газлифт - это метод увеличения естественного дебита нефтяной скважины за счет снижения веса жидкости в столбе скважины за счет закачки газа под высоким давлением. Вес нефти в колонне скважины, наряду с сопротивлением, вызванным потоком вязкой сырой нефти через систему скважин, должен преодолеваться естественным давлением коллектора для обеспечения потока. Закачка газа в нижнюю часть колонны скважины снижает плотность нефти и общий вес жидкости в колонне скважины.Газлифтные системы обычно более компактны и требуют меньше энергии, чем другие методы увеличения скорости потока, и являются популярным решением для проектов морского бурения.

Больше сырой нефти можно добыть с помощью газлифта.

Большинство нефтяных пластов находятся под достаточным естественным давлением, чтобы обеспечить экономичный дебит при первом вскрытии.Однако по мере удаления нефти из резервуара давление падает и скорость потока снижается или полностью прекращается. Поскольку это обычно происходит до того, как основная масса нефти будет удалена из коллектора, оставшуюся часть нефти можно выгодно использовать за счет снижения давления колонны скважины на пласт. Это может быть сделано путем прямой прокачки нефти через колонну скважины, замены недостающей нефти в пласте водой или другими жидкостями или путем уменьшения веса жидкости в колонне скважины.

Газлифт - это метод увеличения естественного дебита нефтяной скважины за счет снижения веса жидкости в столбе скважины за счет закачки газа под высоким давлением.

Газ закачивается в колонну скважины либо через обсадную трубу скважины, либо непосредственно через эксплуатационную трубу.Если газ нагнетается через обсадную трубу скважины, впускной клапан для газа обычно помещается в оправку, своего рода нишу, встроенную в боковую часть эксплуатационной трубы. Это позволяет нефти течь вверх по трубе без препятствий со стороны устройства для нагнетания газа, что обычно является предпочтительным в скважинах с небольшим объемом. В более крупных скважинах газлифтная система может быть опущена непосредственно в эксплуатационную трубу без значительного воздействия на поток нефти.

В случае большинства наземных нефтяных скважин другие методы улучшения притока проще и экономичнее, чем газлифт.Он в основном используется на морских буровых установках, где пространство ограничено, а компактность механизмов нагнетания является преимуществом. Он также используется на нефтяных месторождениях, которые производят большое количество природного газа. Газ можно пропустить через скруббер для очистки и осушения газа на месте, где он может быть немедленно закачан в нефтяные скважины с незначительной добычей. После закачки газа в скважину большая часть газа утилизируется на поверхности и может быть сжата и закачана повторно без больших потерь.

.

Механика газлифтного клапана - PetroWiki

Появление несбалансированного, одноэлементного газлифтного клапана с сильфонным наддувом произвело революцию в методах проектирования газлифта и его применения. В следующем разделе описаны различные типы газлифтных клапанов и переходных седел, используемых в настоящее время в отрасли.

Несбалансированные одноэлементные газлифтные клапаны

Несбалансированный одноэлементный газлифтный клапан по сути представляет собой неуравновешенный регулятор давления. Аналогия между этими двумя устройствами очевидна на рис.1 , где:

(a) Газлифтный клапан с регулированием давления впрыска и регулятор противодавления реагируют на давление нагнетаемого газа и давление на входе соответственно

(b) Газлифтный клапан, работающий под давлением (жидкости), и регулятор давления на выходе реагируют на текущее производственное давление и давление на выходе, соответственно.

Закрывающая сила для газлифтного клапана может представлять собой заряд давления газа в сильфоне, действующий на эффективную площадь сильфона, или силу пружины, или их комбинацию.Усилие закрытия регулятора или газлифтного клапана можно отрегулировать для поддержания желаемого противодавления для режима нагнетания. Регулятор или клапан остаются закрытыми до тех пор, пока не будет превышено установленное усилие закрытия.

  • Рис. 1. Аналогия несбалансированных одноэлементных газлифтных клапанов с сильфонным наддувом и несбалансированных регуляторов противодавления и давления на выходе.

Обычно основная начальная сила открытия для газлифтного клапана - это давление, оказываемое на эффективную площадь сильфона за вычетом площади порта, а меньшая сила открытия - это давление, действующее на площадь порта.Подобным образом основное давление открытия для регулятора давления прикладывается к площади, равной площади диафрагмы за вычетом площади порта. Влияние неуравновешенной силы открытия намного меньше для большинства несбалансированных регуляторов противодавления и понижения давления, чем для газлифтных клапанов. Причина в том, что отношение площади порта к общей эффективной площади сильфона газлифтного клапана намного больше, чем отношение площади порта к общей площади диафрагмы для большинства регуляторов. Принцип работы газлифтного клапана и регулятора остается идентичным, но давление, прикладываемое к области порта, в большей степени влияет на начальное давление открытия большинства газлифтных клапанов.

Клапаны газлифтные с пилотным управлением

Доступно множество газлифтных клапанов специального назначения. Работа многих из этих уникальных клапанов может быть проанализирована с помощью уравнений статического баланса сил для несбалансированного одноэлементного газлифтного клапана. Множество различных типов газлифтных клапанов и различия в расчетах не обсуждаются в этом разделе из-за их ограниченного применения. Однако особенно важным клапаном специального назначения является газлифтный клапан с пилотным управлением.

Газлифтный клапан с пилотным управлением на рис. , рис. 2 имеет рабочие характеристики, которые идеально подходят для камерных установок и глубоких периодических газлифтных операций с низким рабочим давлением нагнетаемого газа и небольшими насосно-компрессорными трубами в большом корпусе. Пилотный клапан имеет очень большой основной порт с контролируемым распределением и предсказуемым постоянным давлением закрытия. Разброс определяется как разница между начальным давлением открытия и закрытия клапана. Этот тип клапана правильно функционирует во время цикла или управления дроссельной заслонкой впрыскиваемого газа.Пилотная секция работает так же, как одноэлементный газлифтный клапан, с небольшим дросселем, расположенным после седла клапана. Производственное давление на глубине клапана действует в зоне контакта шара с седлом пилотной секции в качестве начальной силы открытия. Когда пилотная секция начинает открываться, между седлом пилотного клапана и поршнем главного клапана возникает повышение давления. Это увеличение давления над поршнем приводит к сжатию пружины под поршнем, и главный клапан открывается.Чрезвычайно высокая мгновенная скорость нагнетаемого газа поступает в трубопровод через большой порт главного клапана. Когда давление нагнетаемого газа в обсадной колонне уменьшается при прохождении газа через большой главный порт, пилотная секция начинает закрываться. Давление за пилотным отверстием остается приблизительно равным давлению нагнетаемого газа до тех пор, пока площадь пилотного порта, открытая для потока нагнетаемого газа, не станет меньше площади выпускного отверстия в поршне главного клапана. Когда давление на поршне приближается к выравниванию, пружина возвращает главный клапан в его седло.

  • Рис. 2-Газлифтный клапан с пилотным управлением.

Давление закрытия пилотного клапана считается предсказуемым, поскольку оно приблизительно равно теоретическому давлению закрытия несбалансированного одноэлементного газлифтного клапана. Давление перед и после пилотного порта примерно одинаково в момент закрытия пилотной секции. Выбор правильного размера пилотного порта контролирует разброс пилотного клапана.На высокую пропускную способность большого порта главного клапана не влияет размер управляющего порта.

Технические характеристики клапана, включая полностью открытый ход штока

Производители публикуют спецификации газлифтных клапанов для своих клапанов. Некоторые производители предполагают, что для контакта шара с седлом используется седло с острыми краями, а другие произвольно добавляют небольшое увеличение ID порта, чтобы учесть небольшой скос для контакта шара с седлом. Поскольку большинство производителей используют одни и те же источники для поставки сильфонов, эффективные площади сильфонов считаются одинаковыми.Общие технические характеристики газлифтных клапанов в таблице Таблица 1 являются типичными для многих фактических несбалансированных одноэлементных газлифтных клапанов. Теоретический ход полностью открытого штока не включен в спецификации клапана, публикуемые большинством производителей.

Ход штока, необходимый для полного открытия несбалансированного одноэлементного газлифтного клапана, увеличивается с размером порта, как показано на Рис. 3 . Кривые были рассчитаны для газлифтных клапанов с квадратным седлом с острыми краями и шаром на штоке размером 1/16 дюйма.по внешнему диаметру больше диаметра отверстия порта. Расчетная эквивалентная площадь порта до полного открытия клапана основывается на площади боковой поверхности усеченного прямоугольного конуса. Основная площадь усеченного конуса - это область контакта шара с седлом, которая остается постоянной. Незначительная площадь уменьшается с увеличением хода штока по мере удаления шара от своего седла.

  • Рис. 3-Эквивалентная площадь порта газлифтного клапана в зависимости от хода штока на основе площади боковой поверхности усеченного конуса правого кругового конуса.

Фактическая производительность закачки газа с помощью газлифтного клапана редко упоминается в опубликованной литературе по проектированию газлифтной установки. Газлифтные клапаны с более крупными портами могут полностью открываться или не открываться и иметь прогнозируемую пропускную способность по нагнетанию газа для газоподъемных высокодебитных скважин через большие НКТ или кольцевое пространство обсадной колонны.

Конфигурации портов газлифтного клапана

Геометрия порта и максимальное перемещение штока клапана влияют на объемную скорость нагнетания газа газлифтным клапаном.Большинство газлифтных клапанов имеют полированный карбидный шар, припаянный к штоку клапана серебром. Седло клапана может иметь отверстие с острой кромкой или конус. Фаска может быть очень небольшой для разрыва линии седла или может иметь достаточную глубину, чтобы гарантировать, что шарик останется в конусе для полного хода штока. Седло с острыми краями и коническое седло с фаской 45 ° показано на Рис. 4 . Обратите внимание, что в

(a) Седло с острыми краями имеет эффективное A p, равное площади проходного отверстия в седле.

(b) Коническое седло имеет камеру под 45 ° от горизонтали (включенный угол 90 °).

Эффективное соотношение A p в A p / A b Отношение площади контакта шара к седлу, а не площади отверстия через седло.Примеры расчетов в этом разделе основаны на седле с острыми краями, потому что большинство работающих газлифтных клапанов имеют седло с острыми краями или очень мелкую фаску для разрыва линии седла. Расчеты в основном одинаковы для седла с острыми краями и седла с мелким конусом. Расчеты эквивалентной площади, открытой для потока нагнетаемого газа, отличаются для седла с глубокой фаской. Стандартного угла для конуса седла газлифтного клапана не существует. Некоторые производители используют одно и то же коническое седло для разных размеров штока и шара, и площадь отверстия в седле может быть одинаковой.Площадь отверстия, используемого в соотношении площади порта к площади сильфона, должна быть переопределена для конического седла, когда площадь контакта шара с седлом больше площади отверстия через седло, как показано на Рис. 4b . Отношение A p / A b - это площадь контакта шара с седлом, не обязательно площадь отверстия через седло, деленная на эффективную площадь сильфона.

  • Рис. 4. Конфигурации портов газлифтного клапана квадратного сечения с острыми краями и коническим седлом.

Технические характеристики газлифтного клапана зависят от размера шара и угла фаски для клапанов с конфигурацией порта, аналогичной Рис. 4b . Выбор угла для конуса, размера шара и площади отверстия в седле может привести к контакту шарика с седлом в основании конуса. Для этой геометрии площадь отверстия порта будет использоваться в термине A p / A b .Максимальный ход штока во многих газлифтных клапанах с глубоким конусом ограничен для предотвращения выхода шара из конуса, и клапан всегда остается в режиме дросселирования. Режим дросселирования подразумевает, что создаваемая площадь, открытая для потока нагнетаемого газа, меньше площади отверстия через седло клапана. Некоторые типы газлифтных клапанов с глубоким коническим седлом предназначены для работы только в дроссельном режиме для проточного режима.

Сиденья кроссовера

Несколько типов газлифтных клапанов имеют переходное седло для конкретного применения.Перекрестное седло предназначено для направления давления на выходе в корпус клапана, где давление распространяется на эффективную площадь сильфона за вычетом площади контакта шара с седлом. Давление на входе прикладывается к области контакта шара с седлом. Кроссовер сиденья в Рис. 5 - схематическая иллюстрация принципа кроссовера. Дроссель перед отверстием регулирует максимальную скорость нагнетаемого газа и помогает поддерживать давление ниже по потоку, прикладываемое к области сильфона после открытия клапана.У настоящего кроссовера есть группа отверстий для байпаса или фрезерованная область вокруг главного порта. Общая площадь байпаса должна значительно превышать площадь порта, чтобы гарантировать закрытие клапана с перекрестным седлом.

  • Рис. 5-Схема переходных седел с дросселем и без него перед отверстием клапана.

Примером необходимости в переходном седле является газлифтный клапан, регулируемый производственным давлением, установленный в оправке газлифтного клапана с регулируемым давлением впрыска.Другое применение - газлифтный клапан протока через обсадную колонну (затрубное пространство) в оправке для протока НКТ. В обоих примерах модифицирован газлифтный клапан, а не оправка. Примером может служить оправка газлифтного клапана, извлекаемая с троса, с карманами, предназначенная для газлифтных клапанов, управляемых давлением нагнетания, и потока в НКТ, которая была установлена ​​в скважине. Оператор хочет работать под давлением. Решением являются газлифтные клапаны с регулируемым давлением и переходным седлом.

Газлифтные клапаны с переходным седлом не рекомендуются, если можно установить соответствующие оправки, чтобы исключить необходимость в переходном седле.Максимальный размер порта ограничен для клапанов с переходным седлом. Это ограничение может быть очень серьезным в скважинах, требующих высоких дебитов газа. Еще одна проблема с сиденьем кроссовера - это возможность частичного забивания зоны байпаса кроссовера. Площадь физического байпаса должна быть как минимум на 100% больше площади порта клапана, поскольку байпасные отверстия обычно меньше и с большей вероятностью закупорятся, чем порт клапана, который можно открывать и закрывать. Газлифтный клапан, управляемый производственным давлением, не закрывается при расчетном давлении закрытия, когда переходная зона приводит к значительной потере давления.Давление, оказываемое в зоне сильфона, находится между давлением поступающего добываемого газа и давлением нагнетаемого газа, а не при более низком давлении поступающего продуктивного газа.

Многие газлифтные клапаны, регулируемые производственным давлением, с перекрестными седлами могут блокироваться перед зоной контакта шара с седлом. Один и тот же размер порта может использоваться во всех клапанах, а объемный расход нагнетаемого газа для верхних разгрузочных газлифтных клапанов ограничен размером штуцера, который меньше площади порта. Небольшие входные дроссели позволяют уменьшить проблему давления закрытия клапана, связанную с эксплуатацией под давлением.

Сильфон

Все известные производители газлифтных клапанов предусмотрели сильфонную защиту в конструкции своих клапанов. Сильфон должен быть защищен от высокого перепада давления между давлением сильфона и давлением в стволе скважины, а также от возможности возникновения условий резонанса, которые могут привести к высокочастотной вибрации штока клапана. Давление наддува сильфона соответствует атмосферному для большинства подпружиненных клапанов. Максимальный перепад давления на сильфоне клапана возникает в большинстве установок во время начальных операций разгрузки, когда нижние газлифтные клапаны подвергаются чрезвычайно высокому давлению гидростатической нагрузки и жидкости в глубоких скважинах.

Сильфон газлифтного клапана защищен от высоких гидростатических давлений несколькими способами:

  • Сильфон с гидравлическим формованием за счет высокого перепада давления, с опорными кольцами в витках сильфона или без них
  • Ограниченное жидкостное уплотнение в сильфоне с полным ходом штока
  • Изоляция сильфона от внешнего давления с полным ходом штока

Основная цель этих методов защиты сильфона - предотвратить постоянное изменение радиусов витков после установки в скважину, что, в свою очередь, может изменить рабочий режим давление газлифтного клапана.

Возможность возникновения вибрации штока клапана непредсказуема. Свидетельством вибрации штока клапана является отказ сильфона и выпуклость седла, если седло клапана не изготовлено из чрезвычайно твердого материала. Многие газлифтные клапаны имеют демпфирующий механизм, и большинство этих устройств имеют гидравлический привод. Сильфон частично заполнен жидкостью, обычно силиконовой жидкостью с высокой вязкостью. Ограниченная скорость потока жидкости внутри сильфона или механизм демпфирования сдвига жидкости предотвращают вибрацию штока клапана.

Стабилизация давления открытия стеллажа

Одной из важнейших процедур подготовки газлифтной арматуры к установке в газлифтной скважине является стабилизация рабочего давления. Давление открытия или закрытия испытательной стойки несбалансированного, одноэлементного, заряженного азотом или подпружиненного сильфонного газлифтного клапана необходимо стабилизировать перед установкой в ​​скважину. Многие операторы и производители называют этот процесс «старением». Цель этой процедуры - предотвратить изменение установленного рабочего давления клапана после спуска в скважину.Другой термин для изменения рабочего давления клапана - это «скремблирование» давления срабатывания клапана, которое может предотвратить разгрузку газлифтной скважины, вызвать неэффективную многоточечную закачку газа или может вызвать непредсказуемое изменение рабочей глубины клапана.

После установки давления открытия или закрытия испытательной стойки газлифтный клапан помещается в сосуд высокого давления, наполненный водой. Клапан полностью приводится в действие несколько раз, поочередно увеличивая и уменьшая давление воды, находящейся в резервуаре.Точная процедура зависит от производителя. Обычно максимальное давление составляет от 3000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм, а минимальное количество циклов - от 5 до 10. Клапан снимается с емкости высокого давления, и давление открытия испытательной стойки повторно проверяется при базовой заданной температуре. Если давление открытия изменяется более чем на указанные несколько фунтов на квадратный дюйм, клапан необходимо переустановить и процедуру повторять до тех пор, пока давление открытия или закрытия испытательной стойки не стабилизируется. Кроме того, в процессе выявляются повреждения сильфона клапана и сварного шва сильфона.

Нагрузка сильфона в сборе

Скорость нагружения сильфона в сборе определяется как: увеличение в фунтах на квадратный дюйм, оказываемое по площади сильфона на единицу линейного хода штока клапана. Регулируемое давление прикладывается по всей эффективной площади сильфона, а ход штока клапана измеряется глубинным микрометром. Типичный тестер зонда газлифтного клапана показан на рис. 6 . [1] Скорость нагружения сильфонного узла - это наклон прямой линии наилучшего соответствия давления в зависимости от хода штока на линейной части кривой на рис.7 . [1]

  • Рис. 6 - Типовое приспособление для испытания зонда газлифтного клапана. [1]

  • Рис. 7-Определение величины нагрузки сильфонного узла и максимального линейного хода штока клапана (согласно API Spec. 11 V1 ). [1]

Прямая линия наилучшего соответствия представляет собой среднее значение между ходом штока, измеренным для увеличения и уменьшения давления датчика-тестера.Повышение давления в куполе, наполненном азотом, при перемещении штока незначительно по сравнению со скоростью нагрузки сильфонного узла в большинстве газлифтных клапанов с сильфонным наддувом. Уровень нагрузки сильфона в сборе, который аналогичен скорости нагрузки винтовой пружины, намного больше, чем эффект увеличения давления в куполе в результате уменьшения способности купола для хода штока, необходимого для открытия типичного газлифта. клапан.

Измеренная величина нагрузки сильфонного узла не идентична для всех газлифтных клапанов с сильфонами одинакового размера.Типичный трехслойный бесшовный сильфон из монеля, который используется во многих газлифтных клапанах с внешним диаметром 1,5 дюйма (OD), имеет эффективную площадь сильфона 0,77 дюйма 2 . Типичная величина нагрузки сильфонного узла для клапана с сильфоном, заполненным азотом, составляет от 400 до 600 фунтов на квадратный дюйм / дюйм. на линейном участке кривой для клапана с давлением открытия испытательной стойки от 600 до 1200 фунтов на квадратный дюйм. Трехслойный бесшовный сильфон из монеля в клапане с внешним диаметром 1 дюйм имеет эффективную площадь 0,31 дюйма. 2 и диапазон нагрузок сильфонного узла от 1200 до 2200 фунтов на квадратный дюйм / дюйм. для клапана с сильфоном, наполненным азотом, и давлением открытия испытательной стойки от 600 до 1200 фунтов на кв. Уровень нагрузки сильфонного узла для подпружиненного клапана с наружным диаметром 1 дюйм может варьироваться от около 2000 до более 3500 фунтов на квадратный дюйм / дюйм. Это похоже на нагрузку пружины. Скорость нагрузки пружины зависит от размера проволоки, материала и количества свободных витков. Цель отмечать величину нагрузки на сильфонный узел для типичных газлифтных клапанов состоит в том, чтобы подчеркнуть тот факт, что несбалансированный одноэлементный газлифтный клапан не будет «открываться» со щелчком.Повышение давления нагнетаемого газа или давления текущей добычи, или сочетание увеличения обоих давлений необходимо для перемещения штока клапана. Газлифтные клапаны с большим наружным диаметром следует выбирать для установок, требующих высоких скоростей нагнетания газа, поскольку клапаны меньшего размера не имеют такой же производительности по пропускной способности газа, как клапан с большим внешним диаметром и тем же размером порта. Клапаны с узлом сильфона меньшего размера не рекомендуются для систем закачки газа низкого давления, которые могут использоваться для газлифтных неглубоких скважин.Низкое закрывающее усилие и жесткость сильфона могут привести к негерметичности седел клапана из-за плохих характеристик посадки шара / седла при низких давлениях открытия клапана впрыска газа.

Уравнения статического баланса сил для несбалансированных одноэлементных газлифтных клапанов с сильфонным наддувом

Большинство производителей газлифтного оборудования устанавливают давление открытия клапана на испытательной стойке, исходя из температуры 60 ° F для газлифтных клапанов с азотом. Клапан погружается в водяную баню с температурой 60 ° F, чтобы обеспечить постоянную температуру азота в сильфоне каждого клапана во время процедуры настройки испытательной стойки.Первоначальное давление открытия испытательной стойки измеряется при давлении тестера, приложенном к эффективной площади сильфона за вычетом площади контакта шара с седлом, в то время как атмосферное давление (0 фунтов на кв. Дюйм) действует на площадь контакта шара с седлом. Клапан фактически закрывается и начинает открываться с силой открытия, которая немного превышает силу закрытия. Расход газа тестера через седло клапана очень низкий. Хотя большинство газлифтных клапанов настроено на начальное давление открытия, некоторые типы клапанов с высокими факторами производственного давления и клапаны уникальной конструкции могут быть настроены на давление закрытия испытательной стойки.

Давление закрытия испытательной стойки достигается путем стравливания тестового газа со стороны выхода газлифтного клапана. Это теоретическое давление закрытия отмечается, когда давление на выходе продолжает снижаться, а давление на входе остается постоянным. В момент закрытия газлифтного клапана давления на входе и выходе равны. Точное давление закрытия труднее наблюдать, чем начальное давление открытия, и на него может влиять скорость снижения давления тестера во время отвода тестового газа.Рекомендуется герметичный тестер с газовой емкостью, а не тестер кольцевого типа, чтобы любые небольшие утечки в трубопроводе тестера не помешали наблюдению за истинным давлением закрытия газлифтного клапана. Давление должно быть сброшено со стороны выхода клапана через очень маленькое отверстие.

Уравнения для начального давления открытия клапана в тестере и в скважине, а также давления закрытия тестера основаны на уравнениях статического баланса сил. Эти уравнения также применимы к подпружиненным газлифтным клапанам.Эффект пружинной нагрузки заменяет давление наддува сильфона клапана в качестве силы закрытия. Несколько производителей с подпружиненными газлифтными клапанами сообщают о давлении закрытия испытательной стойки. Пружину регулируют до тех пор, пока сила, прилагаемая пружиной, не станет равной желаемому давлению закрытия испытательной стойки. Поправка на базовую температуру не применяется к расчетам давления открытия или закрытия подпружиненных газлифтных клапанов. Если общая сила закрытия для газлифтного клапана представляет собой комбинацию давления наддува сильфона и нагрузки пружины, эффект нагрузки пружины должен быть вычтен из общей силы закрытия, чтобы получить часть давления наддува сильфона этой силы закрытия. перед расчетом давления наддува сильфона от скважины до базовой температуры тестера.

Следующие уравнения для начальных давлений открытия газлифтного клапана в тестере и в скважине получены для газлифтного клапана с сильфонным наддувом и управляемым давлением, поскольку большинство газлифтных установок работают на газлифте с этим типом клапана. В Рис.8 , показывает

(a) Определение давления открытия испытательной стойки, P vo , путем пропускания подаваемого газа с низкой скоростью в тестер кольцевого типа с атмосферным давлением, приложенным к области порта.

(b) Давление закрытия испытательной стойки, P vct , достигается открытием газлифтного клапана, закрытием клапана подачи и медленным сбросом давления герметизирующего тестера за портом.

(c) Начальное давление открытия клапана в скважине, P oD , основано на давлениях нагнетаемого газа и текущей добычи на глубине клапана. Давление нагнетаемого газа и давление поступающей добычи меняются местами для газлифтных клапанов, управляемых давлением добычи (с гидравлическим приводом).

  • Рис. 8 - Иллюстрация номенклатуры, используемой в уравнениях статического баланса сил для газлифтных клапанов в тестерах и скважине.

Начальное давление открытия клапана в тестере при 60 o F

(рис.8a) Закрывающая сила = открывающая сила.

.................... (1)

.................... (2)

.................... (3)

Давление закрытия клапана в тестере при 60 o F

(Рис. 8b) Закрывающее усилие = открывающее усилие.

.................... (4)

.................... (5)

.................... (6)

Начальное давление открытия в скважине

(Рис. 8c) Закрывающее усилие = открывающее усилие.

.................... (7)

.................... (8)

Решение для начального давления открытия клапана нагнетательного газа в скважине

.................... (9)

.................... (10)

.................... (11)

Дополнительные уравнения механики клапана

.................... (12)

.................... (13)

.................... (14)

.................... (15)

и

.................... (16)

где

A b = Общая эффективная площадь сильфона, дюйм 2 ,
A p = область порта клапана (область контакта шарика с седлом для седла с острыми краями), дюймы 2 ,
C T = температурный поправочный коэффициент для азота от P bvD при T vuD до P b при 60 ° F, безразмерный,
F p = коэффициент производственного давления, безразмерный,
n = обозначение расположения клапана ( n = 1 для верхнего клапана),
P b = давление в сильфонах с азотом при 60 ° F, фунт / кв.
P bvD = Давление в сильфонах с азотом при температуре клапана, фунт / кв.
P o = поверхностное начальное давление открытия клапана, psig,
P oD = начальное давление открытия газлифтного клапана на глубине клапана, фунт / кв.
P или = давление тестера перед портом газлифтного клапана, фунт / кв.
P pe = эффект производственного давления, фунт / кв. Дюйм
P pfD = текущее продуктивное давление на глубине клапана, фунт / кв.
P pft = давление измерителя после порта газлифтного клапана, фунт / кв.
P vct = давление закрытия клапана испытательной стойки при 60 ° F, если P pft = P или при мгновенном закрытии клапана, фунт / кв.
P voD = начальное давление открытия газлифтного клапана на глубине клапана, если P pfD = 0, psig,
и
Δ P pe = изменение в эффекте производственного давления, фунт / кв. Дюйм.

Начальное давление открытия и закрытия несбалансированного одноэлементного газлифтного клапана

Понимание взаимосвязи между начальным давлением открытия и закрытия несбалансированного одноэлементного газлифтного клапана важно для расчета конструкции газлифтной установки и анализа газлифтных операций. Несбалансированный одноэлементный газлифтный клапан не имеет постоянного давления закрытия, как отмечается во многих публикациях, и клапан не открывается полностью со щелчком при начальном давлении открытия нагнетаемого газа.Этот тип газлифтного клапана изначально открывается и закрывается при одинаковом давлении нагнетаемого газа, если давление поступающей добычи и температура клапана остаются постоянными. Аналогичным образом, неуравновешенный регулятор противодавления открывается и закрывается при том же давлении на входе, если давление на выходе остается постоянным.

Рис. 9 показывает график зависимости начального давления нагнетаемого газа на открытии от кривых текущего давления добычи для порта с острыми краями диаметром 1/4 и 1/2 дюйма в а 1.Газлифтный клапан с наружным диаметром 5 дюймов и эффективной площадью сильфона 0,77 дюйма 2 . Большинство производителей используют этот размер сильфона в газлифтном клапане с внешним диаметром 1,5 дюйма.

  • Рис. 9 - Зависимость начального давления открытия нагнетательного газа от давления добычи Несбалансированные одноэлементные газлифтные клапаны с внешним диаметром 1,5 дюйма и 0,77 дюйма. 2 эффективная площадь сильфона и седла с острыми краями диаметром 1/4 дюйма.

Предполагается, что сила закрытия несбалансированного одноэлементного газлифтного клапана остается постоянной для этого анализа.Газлифтный клапан фактически закрыт на линии, которая представляет собой баланс между силами открытия и закрытия в рис. 9 . Клапан начинает открываться над линией и закрывается под линией. Клапан может быть открыт путем увеличения давления нагнетаемого газа с постоянным давлением нагнетаемого газа, одновременного увеличения давления нагнетаемого газа и давления притока добычи, а также увеличения давления поступающего газа при постоянном давлении нагнетаемого газа.

Коэффициент производственного давления и разброс клапанов

Коэффициент производственного давления, F p , представляет собой взаимосвязь, основанную на эффективном сильфоне и площадях контакта шара / седла для несбалансированного газлифтного клапана.Несбалансированный означает, что давление текущей продукции действует по всей площади контакта шара с седлом как часть начальной силы открытия клапана. С точки зрения работы газлифтного клапана, коэффициент эксплуатационного давления представляет собой отношение возрастающей разницы в начальных давлениях открытия нагнетательного газа к разнице в соответствующих давлениях текущей добычи. Если давление поступающей добычи увеличивается, начальное давление открытия нагнетательного газа уменьшается, и наоборот.Коэффициент производственного давления может быть получен из наклона линий баланса сил в Рис. 10 или может быть рассчитан из технических характеристик клапана.

  • Рис. 10-Начальное давление открытия нагнетаемого газа в зависимости от давления добычи Несбалансированные одноэлементные газлифтные клапаны с наружным диаметром 1,5 дюйма и 0,77 дюйма. 2 эффективная площадь сильфона и седла с острыми краями диаметром 1/4 дюйма.

Распределение клапана определяется как разница между начальным давлением открытия нагнетаемого газа и давлением закрытия впрыска газа газлифтного клапана.Распределение клапана равно нулю при постоянном рабочем давлении, поскольку клапан изначально открывается и закрывается при одинаковом давлении нагнетаемого газа. Распределение клапанов, наблюдаемое при прерывистых газлифтных операциях, является результатом большого отверстия и изменения давления при поступлении и добыче на глубине рабочего газлифтного клапана во время цикла нагнетания газа. Давление добычи на глубине клапана приближается к давлению нагнетаемого газа под жидкой пробкой во время нагнетания газа, тем самым уменьшая давление закрытия клапана, что приводит к разнице между начальным давлением открытия и закрытия рабочего клапана.Это может быть очень важным соображением для камерно-подъемной установки, в которой начальное давление открытия рабочего газлифтного клапана высокое из-за низкого давления в трубопроводе. Рабочий газлифтный клапан расположен над камерой, и давление в трубопроводе на глубине клапана, оказываемое на область контакта шара с седлом, когда клапан первоначально открывается, очень низкое. Давление в трубопроводе может приближаться к давлению нагнетаемого газа в момент закрытия клапана, что приводит к низкому давлению закрытия.

Объемный расход нагнетаемого газа для фиксированного дросселя по сравнению с несбалансированными одноэлементными газлифтными клапанами

Разница в производительности по расходу нагнетаемого газа несбалансированных одноэлементных газлифтных клапанов с регулируемым давлением нагнетания и дросселя фиксированного размера показана на Рис.11 . Давление непрерывной добычи составляет 500 фунтов на квадратный дюйм. Газлифтные клапаны имеют начальное давление открытия нагнетаемого газа 1000 фунтов на квадратный дюйм. Как только давление нагнетаемого газа превышает 500 фунтов на квадратный дюйм, нагнетаемый газ поступает в эксплуатационный трубопровод через штуцер с внутренним диаметром (ВД) 1/4 дюйма. Газлифтные клапаны с управлением давлением впрыска являются регуляторами противодавления и дозирующими устройствами из-за величины нагрузки на сильфон. Эти клапаны предотвращают попадание нагнетаемого газа в производственный трубопровод до тех пор, пока давление нагнетаемого газа не превысит установленное давление 1000 фунтов на квадратный дюйм.Разница в производительности нагнетаемого газа этих двух газлифтных клапанов с одинаковым отверстием с острыми краями диаметром 1/4 дюйма связана с величиной нагрузки на сильфон. Требуется большее увеличение давления нагнетаемого газа, чтобы привести шток клапана в движение при более высокой нагрузке.

  • Рис. 11. Сравнение суточных скоростей закачки через отверстие с внутренним диаметром 1/4 дюйма и газлифтными клапанами с внутренним диаметром 1/4 дюйма с B lr на 400 и 1800 фунтов на кв. Дюйм / дюйм.

Эффективная площадь сильфона, величина нагрузки на сильфон, конфигурация шток / седло и линейный ход клапана-шток регулируют производительность газлифтного клапана для нагнетания газа.Клапан с наружным диаметром (OD) 1 дюйм с клапаном 0,31 дюйма. 2 Область сильфона имеет более высокую нагрузку - 1800 фунтов на кв. Дюйм / дюйм, а клапан с наружным диаметром 1,5 дюйма - с диаметром клапана 0,77 дюйма. 2 Область сильфона имеет нижнюю норму нагрузки 400 фунтов на квадратный дюйм / дюйм.

Список литературы

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 API Spec. 11V1, Технические условия на газлифтное оборудование, первое издание. 1995. Вашингтон, округ Колумбия: API.

Книги, заслуживающие внимания

Браун, К.E. (1967): ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ГАЗЛИФТА. Petroleum Publishing Co., Талса, Оклахома.

Эрнандес, А. (2016): ОСНОВЫ ГАЗОЛИФТНОЙ ТЕХНИКИ. ISBN 978-0-12-804133-8 Gulf Professional Publishing, Кембридж, Массачусетс, 966p

Такач Г. (2005): РУКОВОДСТВО ПО ПОДЪЕМУ ГАЗА. ISBN 0-87814-805-1 PennWell Books, Талса, Оклахома, 478p.

Интересные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые читатель, желающий узнать больше, обязательно должен прочитать

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для предоставления ссылок на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

См. Также

Газлифт

Проектирование газлифтной системы

Газлифтное оборудование и сооружения

PEH: Газлифт

Категория

.

Смотрите также