Основы теории газожидкостного подъемника. Общие принципы расчета распределения давления газожидкостной смеси по длине подъемных труб.

Подъем продукции скважин на дневную поверхность с по­мощью потенциальной энергии газа называется газлифтным спосо­бом эксплуатации. Таким образом, в качестве рабочего агента исполь­зуется газ, отбираемый, например, из газовой залежи (природный газ) или попутно-добываемый (нефтяной газ). Впервые подъем нефти сжатым газом был осуществлен В.Г. Шу­ховым в 1897 г. в Баку. Сегодня газлифтная эксплуатация реализу­ется в двух модификациях: компрессорный газлифт; бескомпрессорный газлифт.

Принцип действия газлифта заключается во введении в продук­цию сжатого газа и не отличается от принципа работы фонтанной скважины, за исключением того, что основное количество газа подводится извне, а не выделяется из неф­ти при понижении давления.

При восходящем движении газожид­костной смеси в подъемных трубах давление и температура уменьшаются. Смесь движется в сторону меньшего давления, а ее температура уменьшается в результате неустановившегося теплообмена с окружающими ствол скважины горными поро­дами. Их изменения сопровождаются изменениями параметров газожидкостной смеси (плотности, вязкости, газосодержания и других) и соответственно составляющих уравнения движения.

Для реального (длинного) подъемника уравнение движения необходимо записать в интегральном виде. Так как интегриро­вание уравнений движения газожидкостной смеси в пределах всей длины L подъемных труб практически невозможно с уче­том изменяющихся термодинамических условий потока, то рас­чет сводится к численному суммированию всех приращений давления Δp_i каждом участке Δl подъемных труб, т. е.

,

где – число участков измерения длины.

Чем больше (меньше ), тем точнее расчет. Практика расчетов показывает, что достаточная точность достигается при . Расчет выполняют в зависимости от его цели по принципу «сверху вниз» или «снизу вверх», тогда искомое давление

или

Начальные условия – это давление и температура на выкиде ( ) или у башмака подъемных труб Предпо­чтительней расчет выполнять по шагам изменения деления и вычислять приращение длины между двумя сечениями труб с давлениями на концах и , т.е.

.

Параметры смеси определяют при среднем арифметическом значении давления и температуры . Температуру в любой точке длины подъемных труб можно рассчитать с различной степенью приближения. Ее можно принять, например, либо по геотерме, либо по интерполяционной формуле

.

Давлениями или можно приближенно задаться, а зависимость температур и представить формулой

,

где – температурный градиент потока, определяемый в зависимости от геотермического градиента, расхода жидкости и диаметра труб.

Z – расстояние от выкида подъемных труб до точки с температурой . Отметим, что изме­нение температуры мало влияет на ре­зультат расчета. Таким образом, имея приращения длины и давления, строят кривую распределения давления p(z) вдоль подъемных труб.

Рисунок 1 – Кривая распределения давления вдоль подъемных труб