Расчет первого пускового клапана

При высоком статическом уровне жидкости в скважине прежде чем газ в межт­рубном пространстве достигнет первого пусково­го клапана, жидкость по подъем­ным трубам достигнет устья сква­жины. В этом случае расчет первого пус­кового клапана ведется следующим образом (рис. 4.4.6).

1. Из точки Р_у проводится прямая 6, параллельная линии 5, до пересечения с вертика­лью, опущенной из точки Р _г. Горизонталь, проведенная на этом уров­не пересечения, и оп­ределяет глубину установки первого клапана H ₁Точки пе­ре­сечения горизонтали H ₁, с кривыми 2 и 3 определяют дав­ление в межтрубном прост­ран­стве р _гни минимальное давле­ние в газлифтном подъемнике р _тнна этом уров­не.

Рис. 4.4.6. Расчет расстановки пусковых клапанов

 

При низком статическом уровне в скважине могут иметь место случаи, ког­да газ в меж­трубном пространстве достиг­нет глубины установки первого пус­кового клапана, а жидкость в газлифтном подъемнике еще не достигнет устья. В этом случае первый пусковой клапан должен быть установлен на глу­би­­не, рассчитываемой по формуле

, (4.4.1)

где Н _ст — расстояние от устья до статического уровня в сква­жине, м; d — внут­рен­ний диаметр подъемных труб, м; D — внут­ренний диаметр эксплуа­та­цион­ной колонны, м; р _г — давление нагнетания газа, МПа; р _у — давление на выкиде сква­жины, МПа; ρ — плотность нефти, кг/м³.

При поступлении газа в подъемные трубы через первый кла­пан градиент дав­ления в скважине уменьшается от максимального (прямая б на рис. 4.4.6) до ми­­нимального (кривая 2 на рис. 4.4.6). При этом растет расход газа, так как уве­ли­­чивается пере­пад давления на клапане до Δ р = р _гн1 — min p _тн1. В связи с уве­ли­чением расхода газа через первый клапан давление р _гза штуцером на устье на­чинает падать до значения давления зак­рытия первого клапана, и он зак­ры­вает­ся. Так как давление от­крытия второго клапана устанавливается меньшим, чем для пер­вого клапана, то он открывается. Газ начинает поступать через вто­рой клапан. При этом в начальный момент продавки через второй клапан в сква­жине устанавливается распределение дав­ления, соответствующее кривой 7 (см. рис. 4.4.6). По мере рабо­ты через второй клапан градиентная кривая 7 пере­ме­щается до кривой минимального градиента 2. Однако в начальный момент дав­ление на уровне установки первого клапана повышается от min Р _тн1 до max Р _тн1 (см. рис. 4.4.6), что может привести к откры­тию первого клапана [20].

Чтобы этого не произошло, давление открытия второго кла­пана уста­нав­ли­вают ниже давления открытия первого клапана на величину, называемую «труб­ным эффектом» и определяемую из выражения

, (4.4.2)

где k _тр — коэффициент, определяемый характеристикой клапана,

, (4.4.3)

S_o — площадь отверстия седла;

S_c — эффективная площадь сильфона.

Однако для определения величины max_тн1 необходимо знать место уста­нов­ки второго клапана.

В этом случае поступают следующим образом. Поскольку труб­ный эффект пус­ковых клапанов обычно имеет порядок 0,1 МПа, задавшись перепадом дав­ле­ния на втором клапане порядка 0,3 МПа, заведомо предотвратим открытие пер­вого клапана во время про­давки через второй клапан.

2. Определим минимальный расход газа через первый кла­пан, необ­хо­ди­мый для достижения минимального градиента. Для этого на огибающей кривой ми­нимального градиента от­метим точку давления min Р _тн1 и определим бли­жай­шую к ней снизу кривую распределения давления по глубине (кривая 8 на рис. 4.4.6). Удельный расход газа (α ₁), для которого она пост­роена, и принимается в рас­чете. Минимальный расход газа при этом равен произведению дебита жид­кос­ти на данный удель­ный расход газа.

3. По полученному расходу газа и давлениям до и после кла­пана опре­де­ляем диаметр седла клапана из диаграммы, пред­ставленной на рис. 4.4.7. Дав­ле­нием на входе является p _гн1, а на выходе min p _тн1Представленная диаграмма пост­роена для газа с относительной плотностью по воздуху 0,65 при тем­пе­ра­ту­ре 15,5 °С. Для других условий рассчитанный выше расход газа должен быть умно­жен на поправочный коэффициент, опреде­ляемый из графика на рис. 4.4.8.

Расход газа при нормальных условиях, тыс. м³/сут

Рис. 4.4.7. Номограмма для определения диаметра седла клапана