Демонтаж бетона: rezkabetona.su

Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 [ 43 ] 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

о о о

о - -

- о о -

- о о

о о ,о

w

IJ

Рис. 8.3. Газлифтные клапаны;

/ -сильфоииая камера; 2 -шток; 3 - отверстия для ввода газа в сильфонный клапан н в газлнфтную Камеру; 4 -клапан; 5 - штуцерное отверстие; ff -сальник; 7 - сква-жинная газлифтная камера; S - основной (верхний штуцер); S - отверстия для ввода газа в пружинный клапан; /О - шток с двумя (верхней и нижней) клапанными головками; - пружина; /г - вспомогательный (нижний) штуцер; /3 -гайка; /4 - насосно-компрессорные трубы; 15 - эксплуатационная колонна

вают внутренние клапаны с помощью, так называемой, канатной техники.

3. По принципу действия выделяют клапаны: а) управляемые давлением либо газа в затрубном пространстве (см. рис. 8.3, а, б), либо жидкости в НКТ (см. рис. 8.3, в); б) дифференциальные, которые открываются и закрываются в зависимости от перепада давлений в затрубном пространстве и в НКТ на уровне клапана (см. рис. 8.3, г).

4. По конструктивному исполнению различают сильфонные (см. рис. 8.3, а, б, в) пружинные (см. рис. 8.3, г) и комбинированные клапаны. Сильфонные клапаны работают либо под действием давления в кольцевом (затрубном) пространстве Рк (рис. 8.3, а, б), либо -давления в трубах ртр (см. рис. 8.3, 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.

Расчет и тарировка сильфонного клапана, управляемого давлением газа

В сильфонном клапане, управляемом давлением рк (см. рис. 8.3, а, б), на сильфон всегда действует давление рк. Расчет такого клапана сводится к следующему. При закрытом клапане на площадь сильфона действует с одной стороны 2С0

давление р„, а с другой -рс; на площадь клапана 7кл - аналогично Ртр и Рк. При сопоставлении действующих сил можно записать условие открытия клапана

ртр/к 4- Рк/с > Рк!кл + Рс/с. (8.16)

Отсюда давление в кольцевом пространстве открытия клапана

Ркот > РсКс-РтрКк, (8-17)

где Кс = с/(/с-/кл)-конструктивный коэффициент сильфона; Cк=fкл/(/c-fкл)-конструктивный коэффициснт клапана, причем /с=/с/(Гс-/кл) = (/с-Гкл + Гкл)/(/с-М = 1+/кл/(с-/кл) = = 1-1-Як.

При открытом клапане только на площадь сильфона действуют давления Рс и рк. Клапан 3 находится в среде газа под давлением рк перед штуцерным устройством. Тогда условие закрытия клапана

Рс>Рк. (8.18)

Давление в кольцевом пространстве закрытия клапана

Ркзакр<Рс- (819)

Сопоставим давления рк от и Рк закр, приняв в соотношениях (8.17) и (8.19) знак равенства. Для этого подставим Рс из равенства (8.19) в равенство (8.17), т. е.

Ркот = Рк закр/Сс - РтрЯк = Рк закр ( 1 Кк) - РтрКк =

= Рк закр+ Кк (Рк закр -Ртр), (8.20)

откуда разница открывающего и закрывающего давлений

АРкл = Ркот-Ркзакр =/Ск (Ркзакр - Ртр)- (8-21)

Для Применяемых газлифтных клапанов диаметр штуцерного отверстия составляет 3-12 мм, а Як = 0,033-0,342. Действительная величина Як по сравнению с расчетной, определенной выше, без учета сил трения в клапане при движении газа меньше на 6-7 7о- Из уравнения (8.21) следует, что ркот> >Ркзакр, а изменением давления газа в затрубном пространстве можно открывать или закрывать клапан, т. е. с момента начала подачи газа в затрубное пространство все клапаны открываются. После поступления газа через клапан давление ртр уменьшается, увеличивается перепад давления на клапане, расход газа через клапан растет, снижается давление рк и клапан закрывается.

Надежность работы клапана в условиях скважины зависит от его зарядки азотом и последующей тарировки. Тарировка клапана проводится на тарировочном стенде при температуре 20 °С. На клапан действует атмосферное давление (клапан нормально закрыт), а для действия на сильфон внутри созда-



ется номинальное давление тарировки р„о„, т. е. внешнее давление, при котором клапан открывается при нормальной (20 °С) температуре (аналог ркот). Тогда давление азота в сильфоне при температуре Т в месте установки клапана согласно закону Шарля можно записать

Рс = Реи -~- = PchKi, (8.22)

откуда давление зарядки сильфона при нормальной температуре (20 °С)

PcHpJKt, , (8.23)

где К< = 7/293 -температурный коэффициент. >

Для условий тарировки аналогично равенству (8.17) при избыточном давлении Ртр=0 можно записать потребное номинальное давление тарировки

ртп = рсЖс = -. (8.24)

Выражая произведение рс/Сс из равенства (8.17), запишем номинальное давление тарировки

п - Ркот + Ртрк

(8.25)

и с учетом уравнения (8.24) давление азота в сильфоне при условиях тарировки

Ркот + Ртрк

KtKe

Рси =

(8.26)

Расчет сильфонного клапана, управляемого давлением смеси в трубах

В сильфонном клапане (см. рис. 8.3, г), управляемом давлением в подъемных трубах ртр, на сильфон всегда действует давление ртр. Тогда аналогично можно записать условия и давления соответственно открытия и закрытия клапана:

Ртр/с + Рк/кл > PzU + Ртр/кл; (8.27)

Ргрот > РсКс - ркКк, (8.28)

рс > ртр; (8.29)

Ртрзакр < Рс. (8.30)

Расчет пружинного клапана

Пружинный газлифтный клапан (см. рис. 8.3, г) относится к дифференциальному типу. Отличительный элемент его -пружина и, которая, держит шток прижатым к вспомогательному 262

(Нижнему) штуцеру 12. При этом клапан нормально открыт. Расход газа через клапан (пропускная способность) регулируется числом или размером отверстий 9.

При открытом клапане на нижнюю клапанную головку действуют давления рк, Ртр и сила натяжения пружины F. Тогда можно записать условие закрытия клапана:

Арзакр/г > Рп,

(8.31)

где ДРзакр = Рк-Ртр -закрывающий перепад давления, /г - площадь сечения нижнего штуцера.

При закрытом клапане на верхнюю клапанную головку действуют Рк, Ртр и F„. Тогда аналогично имеем условие открытия клапана:

ApoTh<Fn,

где Дрот=Рк-Ртр -открывающий перепад давления; f\ щадь сечения верхнего штуцера.

Сопоставим эти условия по силе Fn:

Арзакр>Арот

(8.32)

пло-

(8.33)

Так как fi>f2, то Арзакр>Арот. Величины Арзакр и Арот можно регулировать изменением Fn и fz- Сила натяжения пружины Fn регулируется гайкой 13.

Комбинированные клапаны в качестве упругого элемента имеют сильфон и цилиндрическую пружину, воспринимающую на себя часть нагрузки. Это обеспечивает большую чувствительность клапана к изменениям давления при открытии и закрытии.

§ 8.6. РАСЧЕТ Р-АЗМЕЩЕНИЯ ПУСКОВЫХ ГАЗЛИФТНЫХ КЛАПАНОВ AHAЛИtИЧECKИM МЕТОДОМ

Глубина установки первого верхнего клапана определяется аналогично глубине размещения первого пускового отверстия (см. § 8.4). Для пружинных клапанов дальнейший расчет ведется аналогично расчету размещения пусковых отверстий, причем в момент обнажения следующего клапана предыдущий закрывается. Клапаны регулируются натяжением пружины.

Для сильфонных клапанов, управляемых давлением закачиваемого газа в затрубном пространстве, дальнейший расчет ведется по формулам типа (8.15). Так как в момент открытия второго клапана первый закрывается, то можно записать для



этогб момента уравнение баланса Давлений в затрубном пространстве и трубах на уровне второго клапана в виде:

Ркаакр (1) = Upg + Li + Р2, (8.34)

откуда

L2 =

Рк закр (1) -

(8.35)

где (Ap/AL) 1 - градиент давления газожидкостной смеси в колонне подъемных труб выше первого клапана (ввиду трудности определения его обычно принимают равным 0,2 pg). Аналогично записывают для последующих клапанов. При этом принимают Ркот(1)=Рко, Рк закр(1) рассчитывают по формуле регулировки с учетом ркот(1), Ркзакр(1)=Ркот(2) и т. д., т. с. давлснис открытия каждого последующего клапана уменьшают таким образом, чтобы оно равнялось давлению закрытия предыдущего. Разницу давлений открытия клапанов устанавливают с целью создания условий их последовательного закрытия в процессе пуска. Для обеспечения ввода газа при нормальной работе только через один рабочий клапан давление его открытия должно быть меньше давления открытия последнего пускового клапана на 0,25 МПа и более.

Сильфонные клапаны, управляемые давлением в подъемных трубах, размещают согласно расчету по одному из двух методов. По первому методу все клапаны в рабочих условиях имеют одинаковое давление открытия рот, которое выбирается равным 75 % рабочего (или пускового) давления или на 1,05-1,4 МПа меньше его. Расчет выполняется с учетом того, что пусковое давление скважины равно ее рабочему давлению. Предварительно определяют давление газа Рз на забое по барометрической формуле и строят график линейного распределения давления газа по глубине скважины. Вычисляют первое приближение

Рз - Рот

L2 = -

(8.36)

а по формуле (8.15)-L2. Затем по графику устанавливают давление на глубине L2, по формуле (8.36) при Рз = Pl2

находят второе (окончательное) приближение L2 и по формуле (8.15)-L2. Аналогично определяют глубину размещения остальных клапанов, предварительно допуская равенство расстояний Li-\ = Li в качестве первого приближения.

По второму методу одинаковой для всех клапанов принимают разность Аркл пускового рко и открывающего давлений, равной 1,05-1,4 МПа или 25 % от рабочего давления рр. Расстояние А/ между любыми клапанами (кроме первого) вычис-

ляют по формуле типа (8.36), где числитель заменяют на величину Ар1=рко-0,75рр или Ар1=рко-Рр+(1,05-ь1,4). Глубину установки клапана вычисляют по формуле типа (8.15).

§ 8.7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗЛИФТНОГО ПОДЪЕМНИКА ПРИ УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННОГО И НЕОГРАНИЧЕННОГО ОТБОРОВ ПО МЕТОДИКЕ А. П. КРЫЛОВА

Расчет включает определение длины L и диаметра d НКТ, расхода закачиваемого газа Уозак и давлений. Его выполняют при двух условиях: а) отбор жидкости из скважины ограниченный; это означает, что известен дебит Q по жидкости, забойное давление рз, расход притекающего газа Уг; причины возможного ограничения рассмотрены в § 5.6, отметим только, что дебит задается проектом разработки; б) отбор жидкости из скважины неограниченный, т. е. дополнительно подлежат определению Q, Рз и Уг.

Отбор жидкости ограничен

Заданный отбор разумно обеспечивать на оптимальном режиме, при котором удельный расход принимает минимальное значение ?оопт. При этом Roont тем меньше, чем больше давление Pi у башмака труб, которое вследствие потерь в линии газоподачи обычно на 0,3-0,4 МПа меньше рабочего давления рр закачки газа. Отсюда основное требование - наиболее полное использование рр. Тогда при заданном рз длину подъемных труб (глубина ввода газа при использовании рабочего газлифтного клапана) можно записать (см. рис. 8.1):

L = Я- Р-Р , (8.37)

где рсм - плотность смеси нефти, воды и газа в зоне от башмака до забоя (средняя арифметическая величина значений для условий башмака и забоя). При рзрх трубы устанавливают на 20-30 м выше верхних отверстий фильтра, чтобы закачиваемый газ не мешал нормальному притоку нефти или не поступал в продуктивный пласт вверх по его восстанию.

Затем определяют: а) диаметр труб по формуле А. П. Крылова при оптимальном режиме (7.25); б) удельный расход газа Room по формуле (6.22); в) удельный расход закачиваемого газа

Озак = ioont - Оэф = оопт- Gq ОСр ---

(8.38)

г) расход закачиваемого газа

Уозак = /?озак(3, (8.39)




0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 [ 43 ] 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70



Яндекс.Метрика