На этой глубине должно быть сделано второе отверстие O 2

                                                                                 (32)

После оттеснения уровня жидкости ниже второго отверстия О2оно вступит в работу; через него пойдет газ, усилится выброс. В результате давления в НКТ Ро2 в точке О2понизится до (Р o 2) min. Снова нарушится равновесие, для восстановления которого уровень в межтрубном пространстве понижается на x з, до положения Y з. Из условия равенства давлений аналогично предыдущему найдем положение отверстия Оз:

                       (33)

             (34)

Отсюда видно, что с помощью пусковых отверстий, расположенных соответствующим образом по длине НКТ, можно оттеснить уровень жидкости в межтрубном пространстве до проектной глубины, т. е. до башмака НКТ, и осуществить пуск газлифтной скважины имеющимся давлением Рк. С увеличением глубины расстояния между отверстиями уменьшаются, так как х1> х2 > х3>... > х i. Для гарантированного пуска число отверстий делается на 10 -15 % больше расчетного, причем все они пропорционально смещаются вверх. Размер отверстий рассчитывается по предельному расходу газа (по подаче компрессора), при котором скорость его истечения в отверстии не превышает критических значений (скорости звука). Предельное давление в НКТ Р oimin рассчитывается по формулам работы подъемника на нулевой подаче или находится по специальным графикам. После перехода на нормальный режим работы через башмак отверстия, остающиеся открытыми, увеличивают удельный расход газа, поэтому этот метод снижения пускового давления практически не применяется. Здесь описаны принципиальные возможности пуска скважины с помощью пусковых отверстий и полная методика расчета не приводится, так как она достаточна сложна и содержит много таких деталей, как, например, особенности расчета размещения отверстий при начальном переливе и при вступлении в работу самого пласта.

Имеются и другие приемы преодоления трудностей пуска газлифтных скважин, как, например, предварительное понижение уровня жидкости в скважине путем поршневания или оттартывания желонкой.

В настоящее время для пуска газлифтных скважин используются более надежные и рациональные методы снижения пусковых давлений с помощью пусковых и рабочих клапанов.

Газлифтные клапаны

Современная технология зксплуатации газлифтных скважин неразрывно связана с широким использованием глубинных клапанов специальной конструкции, с помощью которых устанавливается или прекращается связь между трубами и межтрубным пространством и регулируется поступление газа в НКТ. В настоящее время существует большое число глубинных клапанов разнообразных конструкций.

Все клапаны по своему назначению можно разделить на три группы.

Пусковые клапаны для пуска газлифтных скважин и их освоения.

Рабочие клапаны для непрерывной или периодической работы газлифтных скважин, оптимизации режима их работы при изменяющихся условиях вскважине путем ступенчатого изменения места ввода газа в НКТ. При периодической эксплуатации через эти клапаны происходит переток газа в НКТ в те моменты, когда над клапаном накопится столб жидкости определенной высоты и эти клапаны перекрывают подачу газа после выброса из НКТ жидкости на поверхность.

Концевые клапаны для поддержания уровня жидкости в межтрубном пространстве ниже клапана на некоторой глубине, что обеспечивает более равномерное поступление через клапан газа в НКТ и предотвращает пульсацию. Они устанавливаются вблизи башмака колонны труб.

По конструктивному исполнению газлифтные клапаны очень разнообразны. В качестве упругого элемента в них используется либо пружина (пружинные клапаны), либо сильфонная камера, в которую заблаговременно закачан азот до определенного давления (сильфонные клапаны). В этих клапанах упругим элементом является сжатый азот. Существуют комбинированные клапаны, в которых используются и пружина, и сильфон. По принципу действия большинство клапанов являются дифференциальными, т. е. открываются или закрываются в зависимости от перепада давлений в межтрубном пространстве и в НКТ на уровне клапана. Они используются как в качестве пусковых, так и в качестве рабочих. В отечественной практике нефтедобычи пружинные клапаны были разработаны (А. П. Крылов и Г. В. Исаков) и испытаны на нефтяных промыслах Баку.

Рис. 8. Принципиальная схема пружинного клапана

Пружинный дифференциальный клапан (рис.8) укрепляется на внешней стороне НКТ. Он имеет основной 1 и вспомогательный2 штуцера. Газ поступает через отверстия 3, число которых можно изменять. На обоих концах штока 4 имеются две клапанные головки, причем пружины, натяжение которых регулируется гайкой 6, держат шток прижатым к нижнему штуцеру 2. Таким образом, нормально клапан открыт. При его обнажении газ через отверстие 3 и штуцер 1 проникает в НКТ и газирует в них жидкость. В результате давление в НКТ Рт падает, а Рк остается постоянным. Возникает сила, стремящаяся преодолеть натяжение пружины Рпи закрыть клапан. Если f 2-площадь сечения нижнего штуцера, Рт-давление внутри клапана (потерями на трение пренебрегаем), а Рк-давление, действующее на нижний клапан, то условие закрытия клапана запишется как

Или

                                                                             (35)

где  Рзак= Рк-Рт-такая разность давлений, при которой преодолевается сила пружины F пи клапан закрывается (закрывающий перепад). После закрытия верхняя головка прижмется к штуцеру 1, площадь которого f 1намного больше f 2. При закрытии давление на клапане ниже штуцера 1 станет равным Рк. Оно будет действовать на большую площадь верхнего штуцера f 1,и клапан будет надежно удерживаться в закрытом состоянии при условии

                                                        (36)

Поскольку f1>> f2, то согласно (36) клапан будет оставаться закрытым даже при малом перепаде давлений Рк-Рт. При уменьшении разницы Рк-Ртдо определенного минимума пружина преодолеет силу f1(Рк-Рт) и клапан откроется. Эта разница давлений называется открывающим перепадом. Таким образом, открытие клапана произойдет при условии

                                                                  (37)

Сопоставляя (35) и (37) и учитывая, что f 1>> f 2, можно видеть, что  Рзак >>  Рот. Величины Рзак и  Рот можно регулировать, изменяя натяжение пружины регулировочной гайкой 6, а также изменением сечения f 2штуцера 2. Пропускная способность клапана по газу регулируется числом или размером отверстий 3. Важной характеристикой для клапана является зависимость его пропускной способности от перепада давлений на клапане (рис..9). К моменту закрытия клапана и отсечки газа уровень жидкости в межтрубном пространстве обнажает следующий клапан, который вступает в действие вместо закрытого предыдущего.

 

Рис.9. Зависимость расхода газа через клапан от перепада давлений

Сильфонные клапаны бывают двух типов:

-работающие от давления в межтрубном пространстве Рк;

-работающие от давления в НКТ Рт.

Сильфонный клапан, управляемый давлением Рк, (рис. 9.10), состоит из сильфонной камеры 1, заряженной азотом до давления. Эффективная площадь сечения сильфона f с. На штоке 2 имеется клапан 3, сечение седла которого f к. Через штуцерное отверстие 4 газ поступает из межтрубного пространства через клапан в НКТ.

 

           

Рис.10. Принципиальная схема клапана, управляемого давлением в межтрубном пространстве

При закрытом клапане давление Ркв нем будет действовать на площадь сильфона f сза вычетом площади клапана f к. Со стороны НКТ на площадь f кбудет действовать давление Рт. Обе эти силы будут стремиться открыть клапан. Препятствовать открытию будет давление газа в сильфоне Рс, действующее на площадь fc. Открытие клапана произойдет, если