автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Разработка методики расчета параметров работы скважин при периодическом газлифте

ВВЕДЕНИЕ

1. История развития и классификации установок периодического газлифта

1.1. Выводы

2. Особенности работы системы пласт-скважина в периодическом режиме.

2.1. Выводы

3. Определение доли оставшейся в НКТ жидкости после этапа выброса пробки

3.1. Выводы

4. Расчеты работы газлифтной скважины в периодическом режиме.

4.1. Расчеты работы периодического газлифта при ограниченном расходе рабочего агента

4.2. Расчеты работы скважины периодическом газлифтом в системе газлифтного комплекса.

4.2.1. Процесс продавки жидкости в затрубье.

4.2.2. Процесс подъема пробки в НКТ.

4.2.3. Расчет процесса выброса пробки.

4.2.4. Параметры работы скважины в периодическом режиме.

4.3. Выводы

5. Анализ результатов расчетов периодического газлифта.

5.1. Исходные данные для расчетов.

5.2. Результаты расчетов при отсечке газа на устье

5.3. Возможности периодического газлифта с отсечкой газа "на забое".

5.4. Выводы.

На начало третьего тысячелетия в старых нефтедобывающих регионах мира большинство эксплуатируемых залежей нефти находятся на последней стадии разработки. Конкурентная борьба и нестабильность на мировом рынке заставляет многие международные и национальные компании искать более дешевые и простые методы добычи нефти, которые позволяли бы уменьшить экономические затраты на подъем единицы продукции.

Одним из путей, ведущих к снижению этих затрат, а значит и снижению себестоимости добываемой нефти, при эксплуатации средне и малопродуктивных нефтяных скважин, является применением периодического газлифта.

Периодический газлифт перед другими способами эксплуатации имеет ряд преимуществ. Он характеризуется дешевизной, простотой и надежностью подземного оборудования. Часто периодический газлифт является единственно приемлемым способом эксплуатации малопродуктивных скважин из-за наличия осложняющих факторов: высокая температура продукции; высокий газовый фактор, большая глубина залегания пласта, отклонение ствола скважин от вертикали [44, 45, 52, 53, 54,55, 56,71].

Широкое применение периодический газлифт получил на месторождениях, эксплуатирующихся газлифтным способом. В этом случае не требуется дополнительного обустройства и при минимуме затрат обеспечиваются наиболее рациональные условия эксплуатации скважин вследствие того, что при падении пластового давления на этих месторождениях приходится опускать башмак насосно-компрессорных труб до самого забоя скважины, относительное погружение уменьшается, что влечет за собой необходимость увеличения удельных расходов нагнетаемого газа. В конце концов эксплуатация скважин обычным газлифтным способом из-за больших удельных расходов газа становится невыгодной. Такие скважины целесообразно перевести на периодический газлифт, при котором нагнетаемый в скважину газ подается периодически. Периодический газлифт называют еще лифтом замещения, так как накопившаяся жидкость замещается газом и выталкивается по насосно- компрессорным трубам в виде жидкостной пробки, которая в процессе своего подъема частично, а иногда и полностью смешивается с газом, образуя газожидкостную смесь.

Дебит скважины при периодической эксплуатации всегда меньше, чем при непрерывной, при прочих равных условиях, так как среднеинте-гральная депрессия на пласт вследствие периодических колебаний динамического уровня всегда меньше постоянной депрессии при непрерывной эксплуатации. Чем больше разница между среднеинтегральными депрессиями при периодической и непрерывной эксплуатациях, тем больше будет потеря добычи нефти при переходе на периодический режим эксплуатации. Эта разница зависит от частоты циклов. Чем короче периоды, то есть, чем чаще циклы, тем меньше амплитуда колебаний динамического уровня жидкости в скважине и тем ближе его среднеинтегральное значение к уровню, устанавливающемуся при непрерывной работе скважины.

Таким образом, переход на периодическую эксплуатацию неизбежно связан с частичной потерей в дебите скважины. Эти потери зависят от частоты циклов, которые можно изменять. Поэтому переход на периодический газлифт оправдан, если экономия от уменьшения удельного расхода газа, энергии и других затрат, связанных с таким переходом, превышает стоимость потерянной нефти. Хотя иногда при определенной комбинации условий эксплуатировать скважину непрерывным газлифтом вообще становится невозможно из-за низких уровней жидкости, слабых притоков, наличия песка и большого удельного расхода газа. Существует несколько разновидностей периодического газлифта: а - обычный газлифт с отсекателем на поверхности, действующим периодически на режиме повторных пусков, причем циклы задаются клапаном-прерывателем, устанавливаемым на подводящей газовой линии у устья скважины;

Ь - установка с концевым рабочим клапаном дифференциального действия и пакером, перекрывающим, межтрубное пространство; с - установка с камерой замещения И двухрядным лифтом;

I - установка с камерой замещения, однорядным лифтом и пакером; е - установка с плунжером.

Этим перечнем не исчерпывается все разнообразие периодического газлифта. В первой главе классификация периодического газлифта дается более подробно. Однако подавляющая часть перечисленных разновидностей периодического газлифта находит весьма ограниченное практическое применение.

Следует отметить, что достоинства той или иной схемы периодического газлифта, кроме ее дешевизны, простоты и надежности расцениваются по удельному расходу газа, а также по тому, воздействует или нет на пласт циклическое нагнетание газа в скважину, так как при таком воздействии сокращается приток и разрушается призабойная часть пласта. Периодический газлифтный способ эксплуатации применяется в бывшем СССР в Западной Сибири [24, 25, 35-38, 44-46], в Ставропольском и Краснодарском краях [18-21] и на некоторых месторождениях Азербайджана и Туркмении [3-10, 12-17, 22, 23, 32-34]. Мировой опыт применения периодического газлифта насчитывает десятки лет [26], широкое применение этот метод получил на некоторых крупных месторождениях Техаса в США, а в целом по Соединенным Штатам Америки доля газ-лифтных скважин, работающих на периодических режимах, составляет не менее 5% от общего числа действующих скважин [68], также периодический газлифт применяется на многих низкодебитных месторождениях Венесуэлы [68]. В Сирии недавно было рекомендовано применять именно этот метод на месторождении Румелан. Это месторождение находится на последней стадии разработки. Оно эксплуатируется с 1963 года. В последнее время происходит резкое падение пластового давления, наблюдается быстрый износ подземного оборудования из-за наличия песка в продукции скважин. В 1998 году специалистами государственной нефтяной компании (SYR.CO) были проведены расчеты и доказано, что с учетом геологических особенностей этого месторождения и возможностей отечественной промышленности наиболее целесообразным и экономически выгодным будет применение простой схемы однорядного периодического газлифта.

В диссертации впервые осуществлен комплекс расчетов периодической газлифтной скважины с применением численного интегрирования, охватывающий все этапы ее работы.

Расчеты проводились для самой простой схемы периодического газлифта с отсечкой газа на устье скважины. Это вызвано не только тем, что такая схема предусматривается при оборудовании скважин под периодический газлифт на месторождении Румелан, но главным образом тем, что при этой схеме периодического газлифта присутствуют все возможные этапы или периоды работы скважины: накопления жидкости, заполнение затрубного пространства газом после открытия отсекателя на устье при одновременном перемещении уровня в затрубье к башмаку НКТ или рабочему клапану, продавки жидкостной пробки до устья, частичному ее выбросу, обусловленному количеством оставшейся в НКТ жидкости послед прорыва газа, так называемыми "утечками'• Все этапы продавки и выброса пробки происходят с учетом работы продуктивного пласта на подачу или поглощение. При всех других схемах периодического газлифта сокращается число этапов в процессе выброса, то есть расчетная программа упрощается.

Разработанная программа позволяет исследовать влияние характеристики скважины, геометрических размеров установки и параметров источника рабочего агента на дебит скважины и энергетические затраты, то есть программа дает возможность оптимизировать работу конкретной скважины при периодическом газлифтном способе ее эксплуатации.

5.4. Выводы

1. При эксплуатации скважин периодическим газлифтом с отсечкой газа на устье на месторождении Румелан можно обеспечить существующие средние дебиты при удельных расходах газа 600-700 м3/м\ Это может быть эффективным лишь при бескомпрессорном газлифте и наличии газовых пластов высокого давления.

2. При отсечке газа на забое удельные расходы газа (100-120 м3/м3) при периодическом газлифте сопоставимы с удельными расходами при непрерывном газлифте. Поэтому при выборе способа эксплуатации необходимо экономическое обоснование.

3. Удельный расход газа при периодическом газлифте мало зависит от коэффициента продуктивности скважины и величины пластового давления, в то время как дебиты скважин увеличиваются с их ростом.

4. Увеличение давления в системе газораспределения хотя и ведет к некоторому увеличению дебита скважин, но вызывает более интенсивный рост удельного расхода газа.

5. Уменьшение устьевого давления ведет к росту дебитов скважин при практически постоянных удельных расходах газа.

6. При периодическом газлифте с отсечкой газа на устье увеличение диаметра НКТ увеличивает эффективность работы системы, при отсечке газа "на забое", с ростом диаметра НКТ резко возрастают удельные расходы газа.

7. С уменьшением погружения НКТ под динамический уровень при незначительном увеличении дебита происходит рост удельного расхода газа.

8. Увеличение длины НКТ ведет к увеличению дебита и удельных расходов газа. Наиболее эффективный режим работы можно установить лишь при экономической оценке расчетов.

97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе впервые разработана математическая модель системы "пласт-скважина" при эксплуатации последней периодическим газлифтом. Математическая модель может быть адаптирована для расчетов всех видов периодического газлифта, начиная от простейшей его модификации при отсечке газа на устье, которая включает все возможные этапы рабочего процесса в скважине, до газлифта с отсечкой газа на забое, с применением пакера и камеры замещения.

Математическая модель разработана для случая работы периодической газлифтной скважины в системе газлифтного комплекса, когда работа отдельной скважины не влияет на давление газа в системе газораспределения. В этом случае расход газа при периодической работе скважины определяется гидравлическими сопротивлениями при движении газа и жидкости в элементах конкретной скважины.

Расчетная модель позволяет исследовать влияние на параметры работы скважины ее продуктивности, величины пластового давления, характеристики оборудования, системы сбора и газораспределения, а также оптимизировать работу скважины, то есть выбрать для конкретной скважины при существующих условиях системы сбора и газораспределения такое оборудование, которое позволит получать заданный дебит при минимальном удельном расходе газа, или при заданном удельном расходе газа обеспечит максимальный отбор жидкости.

В результате анализа, проведенного в работе, установлено, что эксплуатация скважин месторождения Румелан периодическим газлифтом с отсечкой газа на устье скважины потребует удельные расходы газа порядке

3 3

600-700 м'/м", что может оказаться экономически неприемлемым. Предлагается применение периодического газлифта с отсечкой газа у башмака подъ

3 3 емника. При этом удельный расход газа сокращается до 100-120 м /м .

1. A.c. 1488442 (СССР). Способ периодической газлифтной эксплуатации нефтяной скважины и устройство для ее осуществления. М., ин-т нефти и газа им.И.М.Губкина, авт. изобрет. В.А.Сахаров, Б.А.Акопян, В.Л.Василевский и др. - Заявл. 02.07.87. №4316798.

2. Абишев С.К., Булгаков P.P., Сахаров В.А. Экспериментальная установка по исследованию движения газожидкостных смесей в вертикальных трубах для подъема высоковязких нефтей: Тр./МИНХ и ГП, вып. 156. - М.: Недра, 1982, с.98-104.

3. Аджалов З.М. Исследование работы лифта замещения. Автореферат дисс. канд. техн. наук. АзИНЕФТЕХИМ, 1960, 13 с.

4. Аджалов З.М. К вопросу исследования работы лифта замещения. -Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1963, № 4, с.28-31.

5. Аджалов З.М. Некоторые вопросы работы лифта замещения. -Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1969, № 1, с.28-30.

6. Аджалов З.М. Определение потери от утечки при работе лифта замещения. Азербайданское нефтяное хозяйство, 1960, № 6, с.23-25.

7. Аджалов З.М. Определение расхода воздуха при работе лифта замещения. Азербайданское нефтяное хозяйство, 1959, № 12, с.21-23.

8. Аджалов З.М., Баба-Заде Ф.А. Определение коэффициента утечки при работе лифта замещения. Нефтепромысловое дело, науч.-техн. Сб. ЦНИИТЭНефтегаза, 1963, № 8, с.26-28.

9. Айрапетян М.А. Периодический лифт и его преимущества. Нефть, 1036, № 11, с.17-25.

10. Айрапетян М.А. Методика выбора и предварительного исследования скважин, переводимых на эксплуатацию плунжерным лифтом. Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1941, № 5, с.20-22.

11. Акопян Б.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1989.

12. Алиев Е.М., Поладов А.П., Рамазанова P.A. Расчет скорости истечения жидкости из камеры накопления и подъема ее при периодическом газлифте. Тр. АзНИПИнефти, вып.7, 1983, с.35-42.

13. Ахундов Ф.Г. Вопросы эксплуатации скважин периодическим газлифтом. Автореф. дисс. канд.техн.наук. Баку. 1975, 19 с.

14. Ахундов Ф.Г. Регулирование циклов периодического лифта. -Азербайданское нефтяное хозяйство, 1966, № 10, с.30-31.

15. Баба-Заде Ф.А. Выявление оптимальной скорости подъема жидкости в трубах при эксплуатации скважин лифтами замещения. Нефтепромысловое дело, 1967, № 4, с.34-35.

16. Баба-Заде Ф.А. Метод аналитического определения дебита скважин, эксплуатируемых лифтом замещения. Азербайданское нефтяное хозяйство, 1966, № 10, с.30-31.

17. Баба-Заде Ф.А., Мамедов А.М. Лифт замещения с отсечкой воздуха на забое. Нефтепромысловое дело, 1962, № 9, с.37-39.

18. Белов И.Г. Классификация установок периодического газлифта. -Машины и нефтяное оборудование, 1971, № 1, с. 14-18.

19. Белов И.Г. Новый способ периодической эксплуатации слабых фонтанных скважин. Сборник НТИ "Промышленность Кубани", вып.З, декабрь 1957, с.21-23.

20. Белов И Г. Применение гидропакерного автоматического поршня. Нефтепромысловое дело, 1968, № 7, с.29-31.

21. Белов И Г. Теория и практика периодического газлифт. М., Недра, 1975, - 142 с.

22. Газиев Г.Н. Новые методы эксплуатации нефтяных скважин. М., Азернефтеиздат, 1936, 123 с.

23. Газиев Г.Н. Расчет индивидуальной установки насоса замещения. -Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1935, № 3, с.23-30.

24. Гриффите П., Уоллис Г. Двухфазное снарядное течение. Труды американского общества инженеров механиков, серия "С". Теплопередача, 1961, т.81, с.99-112.

25. Горев В.Г., Попов В.А., Шигалов P.P., Грехов В.В. Расчет установки периодического газлифта./ Совершенствование технологии добычи и подготовки нефти в Западной Сибири. Тюмень, 1985, с.3-6.

26. Д.Х. Из практики применения периодических газлифтов в Оклахоме "Нефть", 1935, № 12, 27 с.

27. Егоров П.И. Особенности работы в условиях применения плунжерного лифта в нефтяных скважинах. Автореф. дис. канд.техн.наук. -БашНИПИнефть, 1972, 23 с.

28. Захаров О.П. Расчет процесса пуска газлифтной скважины методом продавки. В кн.: Геология, геохимия, бурение и разработка нефти. -Алма-Ата: Каз. ПТИ, 1984, с. 88-98.

29. Захаров О.П. Расчет пусковых давлений при аппроксимации кривой поглощения жидкости пластом ломаной линией. В кн.: Нефтегазонос-ность недр Казахстана, бурение и разработка месторождений. - Алма-Ата, 1984.

30. Крылов А.П. Работа и расчет плунжерного лифта. Нефтяное хозяйство, 1940, № 2, с. 3-8.

31. Крылов А.П., Лутошкин Г.С. Изучение гидравлических сопротивлений и удельного веса смеси при работе воздушных подъемников в лабораторных условиях. Тр./ВНИИ, вып.8, М.: Гостоптехиздат, 1958.

32. Лавров В.В., Пронченко Г.А. Пути повышения технологических показателей и надежности оборудования газлифтных комплексов для добычи нефти./ ТуркменНИПИ, Нефть, 1986.

33. Меликов B.C. Периодическая компрессорная эксплуатация и основы ее рационализации. Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1932, № 10, с. 61-67.

34. Медиков B.C. Расчет и анализ работы насосов замещения. Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1935, № 3, с. 17-23.

35. Нигай Ю.В. Егоров П.И., Баринов A.B. и др. Промысловые испытания установки периодического газлифта с автоматическим регулированием циклов газлифтными клапанами.-Нефтяное хозяйство, 1991, № 2, с.45-46.

36. Нигай Ю.В. Эксплуатация скважин периодическим газлифтом в условиях Западной Сибири. Автореф. дис.канд.техн.наук.-Сургут, 1999, 22 с.

37. Определение границ эффективного применения периодического газлифта/ В.А.Попов, В.Г.Горев, В.А. Шибанов и др. Экспресс-информ. Сер. Нефтепромысловое дело. М., ВНИИОЭНГ, 1986, вып.1, с.5-8.

38. Оптимизация работы газлифтных скважин в условиях прогрессирующего обводнения/ В.А.Сахаров, A.B.Воловодов, Б.А.Акопян и др. Обзорная информ. Сер. Нефтепромысловое дело. М., ВНИИОЭНГ, 1989, вып.8, 40 с.

39. Пахлавуни В.О. Теоретическое обоснование работы насосов замещения и их модификаций для применения в эксплуатации определенных категорий скважин.-Дис. канд.техн.наук. АзИНЕФТЕХИМ,1953, 198 с.

40. Периодическая эксплуатация нефтяных скважин./ В.А.Сахаров, И.Т.Мищенко, Г.И.Богомольный, М.А.Мохов, М., МИНГ, 1985, 70 с.

41. Пирвердян A.M. Исследование работы насосов замещения. Технический отчет, инв. № 70, АзНИИДН, 1938, 23 с.

42. Пирвердян A.M. К теории воздушного подъемника. Нефтяное хозяйство, 1951, № 4, с.7-13.

43. Пирвердян A.M. Физические основы подъема жидкости сжатым воздухом. Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1951, № 10, с. 4-7.

44. Повышение эффективности эксплуатации газлифтного комплекса Западной Сибири./ В.А.Попов, В.А.Шибанов, Ю.Н.Вершинин и др. Обзорная информ. Сер. Нефтепромысловое дело. М.: ВНИИОЭНГ, 1985. 72 с.

45. Повышене эффективности эксплуатации периодических газлифт-ных скважин/ Р.К.Мухаметшин, А.А.Гареев, В.А.Сахаров, Б.А.Акопян, -Нефтяное хозяйство, 1988, № 11, с. 40-43.

46. Руководство по применению периодического газлифта на месторождениях Западной Сибири. РД 39-0148070-015. ВНИИ-86/ И.М.Федоров, В.Г.Горев, В.А. Попов и др. Тюмень, СибНИИНП, 1986, 72 с.

47. Савенков Г.Д., Бойко B.C., Савенков И.Г. Расчет процесса продав-ки скважин с учетом поглощения жидкости. Известия ВУЗов, Нефть и газ, Баку, 1980, №9, с. 27-32.

48. Сахаров В.А., Акопян Б.А. Методика расчета показателей процесса пуска газлифтных скважин Деп. по ВНИИОЭНГ, 27.07.87, № 1429.

49. Сахаров В.А., Мохов М.А., Воловодов A.B. Установка для изучения процессов движения трехфазных смесей в вертикальных трубах. Нефтепромысловое дело, 1983, № 11, с. 13-15.

50. Сахаров В.А., Мищенко И.Т., Богомольный Г.И., Мохов М.А. Периодическая эксплуатация нефтяных скважин. М.: МИНХ и ГП им И.М.Губкина, 1985, с. 70.

51. Сердий А.Г. Насосы замещения для эксплуатации нефтяных скважин. Тр./ МНИ, 1939, т.1, М., Гостоптехиздат, с. 92-115.

52. Силаш А.П. Добыча и транспорт нефти и газа. Часть 1. М., Недра, 1980.-375 с.

53. Справочная книга по добыче нефти./ Под ред. Ш.К.Гиматудинова. -М., Недра, 1974.

54. Справочник по добыче нефти, т.П. Под ред. И.М.Муравьева. М., Гостоптехиздат, 1959, 589 с.

55. Справочник по эксплуатации нефтяных месторождений. М., Недра, 1964,ч.1.

56. Справочное пособие по газлифтному способу эксплуатации скважин./Ю.В.Зайцев, Р.А.Максутов, О.В.Чубанов и др.- М., Недра, 1984. 360 с.

57. Спавочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти/ Р.С.Андриасов, И.Т.Мищенко, А.И.Петров и др. Под общ. ред. Ш.К.Гиматудинова, М., Недра, 1983,455 с.

58. Щелкачев В.Н. Разработка нефтеводоносных пластов при упругом режиме. М., 1959, 467 с.

59. Adair W.B. Calculating a gas-lift installation, "Petrol. Eng" v.28, XI, 1956, sect В, P, p. 41-51.

60. Brill J.P., Doerr T.C. and Brown K.E. An analytical description of liquid flow in smalldiameter vertical conduits. JRT, № 3, 1967, p. 419-432.

61. Brown K.E. and Jessen F.W. Evaluation of valve port size, serface chokes and fluid fallbock in intermittent gas lift installation. JPT, № 3, 1962, p.315-362. Trans., AIME, 225.

62. Brown K.E. Gas lift theory and practice. Tulsa, Oklahoma, 1967, p.320.

63. Brown K.E. Lee R.L., Easy to use charts simplify intermittent gas lift design. World Oil, v. 166, № 2, 1968, p.44-50.

64. Kirpaattrick C.V. Fundamental of design of gas lift systems. Petrol. Eng. vol. 29, № 27, 1957, p.41-49.

65. Kirpaattrick C.V. Fundamental of gas flow. Oil and Gas J., volio 53, № 17, 1954, p. 77-78.

66. Thomas G., Frick N. Справочник по эксплуатации нефтяных месторождений. T.l, 1964.

67. Neely А.В., Montgomery J.W., and Vogel J.V. A field test and analytical study of intermittent gas lift. Sac. Pet. Eng. J. № 10, 1974, p.502-512.

68. Schmidt Z., Doty D.R., Lukong P.B., Fernandez O.F., Brill J.P. Hydro-dynamic model for intermittent gas lifting of viscons oil. JPT, Vol. 36, № 3, 1984, p.475-485.

69. White G.W., O'Connell B.T., Davis R.C., Berry R.P. Stacha L.A. An analytical consept of intermittent parameters of intermittent gas lift. JPT, vol. 15, № 3, 1963, p.301-308.

70. White G.W. Combine gas lift, plunger to increase production rate. -World Oil, vol. 195, № 6, 1982, p. 69-76.

71. Winkler H.W. Inprove your gas lift installations. World oil, vol. 148, № 5, 1959, p.162-166.