Supape Speciale Pentru Eruptia Artificiala Intermitenta

VI.1. Aspecte generale

Gaz-lift intermitent sau erupția naturală intermitentă este aplicată în ultima fază de exploatare a unui zăcământ,atunci când presiunea de strat este foarte mică ajungând circa 10 bar, însă indicii de productivitate pot avea valori mari. Presiunea mică nu permite exploatarea sondei în erupție artificială continuă, fiindcă stratul nu poate suporta contrapresiunea realizată de coloana de fluide din țevile de extracție, se obțin debit relayiv mici, aproximativ .

În comparație cu pompajul de adâncime această metodă este recomandabilă, în momentul în care zăcământul produce cu rații gaze-lichid relativ mari , știind ca gazele fac ca pompele să funcționeze cu un randament scăzut. O sondă în erupție artificială intermitentă produce pe baza de cicluri periodice. Durata de timp între două deschideri succesive ale supapei de lucru este numită, durata completă a unui ciclu ce cuprinde trei perioade:

Cea dintâi perioadă, este cea în care lichidul curge din strat în sondă și se acumulează în țevile de extracție (fig. 6.1. a) sau în camera de acumulare (fig.6.1.b), deasupra supapei fixe 1 ce se află la baza țevilor respectiv a camerei de acumulare.În tot timpul peioadei , cea de-a doua supapă de lucru 2 este închisă , presiunea din capul de erupție este foarte mică , pentru a avantaja curgerea din strat în sondă.

Cea de-a doua perioadă mai este numită și perioada de liftare. Gazele pătrund în țevile de extracție, când s-a acumulat o cantitate suficientă de lichid în țevile de extracție, așa încât în dreptul supapei de lucru să existe o presiune și în coloană la nivelul acestei supape să existe opresiune egală cu presiunea de deschidere a supapei de lucru. Astfel lichidul este urcat spre suprafață sub forma dopului de lichid, el fiind antrenat de gazele sub presiune ce pătrund din coloană în țevi.În periada aceasta presiunea din țevi la nivelul supapei fixe este de obicei mai mare decât presiunea din strat , așa încât supapa fixă rămâne închisă , deci nu se exercită presiune asupra stratului.

În a treia perioadă are loc aducerea dopului de lichid la suprafață și închiderea supapei de lucru. La intrarea dopului de lichid în conducta de amestec, se mărește debitul de gaze ce trece din coloană în țevi iar presiunea din țevi în dreptul supapei de lucru scade. Presiunea în coloană se micșorează pînă ajunge la valoarea presiunii de închidere a supapei de lucru. În același timp cu scurgerea în jos a unei anumite părți din dopul de lichid ce a fost ridicat anterior și cu pătrunderea fluidului din strat în sondă, se scurge și presiunea dințevi spre separator. Lichidul din strat în sondă pătrunde după ce presiunea deasupra supapei fixe a devenit mai mică decât cea de sub ea. După deschiderea supapei fixe , are loc o nouă perioadă de acumulare și se repetă ciclul de erupție artificială intermitentă.

Figura 6.1.Instalații de erupție artificială intermitentă.

Producția ce se obține dintr-o sondă ce este exploatată prin erupție artificială intermitentă , poate să fie controlată dacă se acționează asupra frecvenței ciclurilor, asupra debitului de gaze injectat și asupra volumui de gaze injectat. Există și sonde care au carcateristici ce le pot situa la limita de funcționare dintre erupție artificială continuă și intermitentă , este greu să se stabilească un punct fix pentru trecerea de la erupție artificială continuă la erupție artificială intermitentă. De foarte multe ori, funcționarea unei sonde în erupție artificială intermitentă cu o frecvență mare a ciclurilor duce la o presiune de fund medie mai mică, ceea ce duce la obținerea debitelor mai mari în comparație cu funcționarea în erupție artificială continuă.

VI.2. Supape speciale pentru erupția artificială intermitentă

Supapele speciale sunt supape de lucru prin care se injectează gazele pentru a realiza ciclul de liftare. Diferența între presiunea de deschidere și cea de închidere la o supapă este ai mare cu cât orificiul de trecere al supapei este mai mare și . La sondele în erupție artificială intermitentă este foarte importantă această diferență de presiune, atunci când se folosesc pentru liftarea dopului de lichid, gazele ce sunt înmagazinate în coloana sondei. Însă supapele cu orificiu de trecere mare, măresc și eficiența urcării lichidului la suprafață, din acest motiv, se dorește ca secțiunea să fie mai mare, deoarece se mărește diferența dintre presiunile de deschiere și închidere ale supapelor, care pot duce la consumul exagerat de gaze, mai ales la sondele ce au coloane cu diametrul mare. Se folosesc supapele speciale care mai sunt numite și supape pilot fig. 6.2., pentru a avea un orificiu mai mare de intrare a gazelor în țevi și pentru a avea o valoare mică a diferenței între presiunile de deschiere și închidere ale supapelor.

Figura 6.2 Supapă pilot cu scaun dublu.

Aceste supape pilot sunt de mai multe feluri. Supapa din fig. 6.2. are un scaun dublu. Presiunea de deschidere este controlată de orificiul interior , iar intrarea gazelor în țevile de extracție se face prin orificiul exterior .

Atunci când forța ce tinde să deschidă supapă ajunge să fie mai mare decât la care se adaugă și forța dată de resort, se deschide orificiul ce mic.Acum presiunea din coloană acționează pe o suprafață ce este agală cu , și apare o forță dirijată în sus, această forță depășește pe cea care ține calota pe scaunul supapei. Aceasta se ridică imediat, iar presiune din jurul ei se agalează, arcul comprimat poziționează iarăși calota parabolică pe capul tijei supapei, în așa fel încât tot ansamblul se va deplasa în sus.

(6.1)

În figura 6.3. este prezentat un alt tip de supapă pilot, care este alcătuită din două părți componente, o parte este reprezentată de o supapă obișnuită cu burduf 8, care este acționată de presiunea din coloană, iar o altă parte este o parte principală alcătuită din pistonul 1, ce are un orificiu longitudinal 2 și un orificiu principal de intrare a gazelor 3.

Figura 6.3. Supapă pilot cu piston.

Supapa pilot mai poate avea în componența sa și o supapă de reținere 4. Prin orificiul longitudinal 2, presiunea din țevi acționează asupra supapei cu burduf. În momentul în care presiunea din coloană ajunge să depășească valoarea presiunii de deschidere, aceasta se deschide și se face posibilă exercitarea presiunii din coloană deasupra pistinului 1 pe care îl împinge în jos, deoarece suprafața de trecere este mică și opune rezistență la curgere. Se deschide orificiul principal 3 pe unde gazele pătrund în țevile de extracție, acesta are suprafață mare de trecere. Atunci când presiunea din coloană ajunge suv valoarea presiunii de închidere a supapei 8, supapa se închide. Prin canalul longitudinal 2 se scurge în țevile de extracție, presiunea din coloană ce a fost acumulată între orificiul de trecere al supapei și fața superioară a pistonului. Arcul 7 se destinde și face ca pistonul să închidă orificiul principal de intrare a gazelor 3.

Figura 6.4. Supapa pilot acționată de presiunea din țevile de extracție: a – ambele supape închise; b – supapa cu burduf deschisă, supapa pilot închisă; c – ambele supape deschise.

VI.3. Erupția artificială intermitentă cu cameră de acumulare.

Acest tip de sistem are în vedere acumularea unei cantități maxime de fluid pe baza exercitării unei presiuni minime asupra stratului. Se obține astfel o presiune medie de fund mai mică , adică căderi de presiune între sondă și strat mai mari față de erupția artificială intermitentă obișnuită. În special camera de acumulare se folosește la sondele cu presiuni de fund scăzute. Dacă indicii de productivitate sunt mari se obține o eficiență sporită.

VI.3.1. Echipamentul de fund

Camera de acumulare reprezintă echipamentul principal, iar alegerea acesteia depinde de starea coloanei de exploatare dar și de construcția sondei. Camera da acumulare ce este constituită chiar din coloana sondei , permite pentru o presiune medie de fund dată , prin intermediul a două packere, să se obțină un maxim de producție , fiindcă are un diametru maxim (fig. 6.5.).Tipul respectiv de cameră este recomanadat în cazul sondelor cu interval perforat scurt și are cloana într-o stare bună. Camerele de acumulare tip insert (fig. 6.6.a)se folosesc în cazul sondelor ce sunt tubate numai pînă la acoperișul stratului productiv, iar stratul respectiv are o grosime mică, atunci cînd stratul are o grosime mare, se utilizează cameră de acumulare cu tub prelungitor (fig 6.6. b).

Figura 6.5. Camera de acumulare Figura 6.6. Cameră de acumulare de tip constituită din coloană și două packere. insert: a – pentru strate subțiri; b – pentru strate groase.

Supapa fixă nu permite exercitarea presiunii asupra stratului în timpul ridicării dopului, în același timp împiedică și împingerea în strat a lichidului acumulat în cameră. Dacă nu ar exista supapa aceasta , asupra stratului s-ar manifesta niște fluctuații de presiune, la stratele slab consolidate ar favoriza pătrunderea nisipului în sondă. Se poate ca gazele , în loc să ridice dopul de lichid poate să fie mai mare decât presiunea de strat. Este asemănătoare construcția supapei fixe cu cea a supapei de la pompele de extracție tip TB. Chiar dacă ea poate fi extrasă , ea totuși fixată bine așa încât ea să nu fie scoasă din lăcaș atunci când asupra ei acționează o presiune diferențială mai mare. În același timp deasupra ei acționează o presiune mică în timp ce sub ea s-a acumulat presiune. Supapa de fund pentru descărcare este o supapă care se montează deasupra camerei de acumulare. Rolul acesteia este de a evita o blocare ulterioară a supapei de lucru datorită lichidului acumulat sau a lichidului care se pierde din dopul de lichid inițial, și se scurge înapoi în sondă. Supapa de comunicație are forma de cel mai multe ori a unui orificiu cu un diametru mic de , este plasat pe țevile de extracție, la partea superioară a camerei de acumulare. Favrizează scurgerea gazelor acumulate prin țevile de extracție spre separator și se stopează astfel formarea unei perne de gaz care ar putea scădea randamentul cît și productivitatea instalației. În cazul unor sonde se pot folosi ca supape de comunicație o supapă diferențială cu arc, această supapă este ținută într-o poziție deschisă de un resort , astfel ca în timpul perioadei de acumulare , gazele se scurg în țevile de extracție. Atunci cînd patrund gazele sub presiune în cameră, pentru a ridica dopul, forța resortului este învinsă și supapa se închide. Atunci cînd avem sonde cu rații mai mari de gaze-țiței se utilizează o supapă cu două cai.

Fig. 6.10. Supapă diferențială cu arc.

.

VI.3.2 Lungimea camerei de acumulare

Lungimea camerei de acumulare se corelează cu înălțimea dopului de lichid inițial care depinde la rândul ei de presiunea cu care se ajunge la supapa de lucru. Înălțimea dopului de lichid rezultă din relația (6.5) și se impune ca viteza dopului de lichid să fie între . Lungimea camerei depinde și de diametrul țevilor și de diametrul coloanei de exploatare. O cameră de acumulare perfectă este cea care este formată din însăși coloana de exploatare a sondei. Pe baza echivalenței dintre volumul de lichid care umple camera inițial camera și volumul dopului pe țevile de extracție rezultă lungimea camerei de acumulare:

(6.2)

(6.3)

(6.4)

(6.5)

unde:

– aria camerei de acumulare, [];

– aria interioară a țevilor de extracție, [];

– diametrul interior al coloanei de exploatare,[];

– diametrul interior, respectiv exterior al țevilor de extracție ,[];

– lungimea camerei de acumulare ,[];

– înălțimea dopului de lichid din țevile de extracție ,[].

Dacă se notează cu raportul dintre aria camerei de acumulare și aria țevilor de extracție relația (6.5) devine :

(6.6)

Lungimea camerei care a fost determinată cu relația (6.6) este bine să fie confruntată cu o curbă de restabilire a presiunii de fund.

Figura 6.12. Poziționarea camerei de acumulare în funcție de restabilirea presiunii de fund.

VI.3.3. Timpul de acumulare

Perioada de acumulare începe atunci când se deschide supapa fixă și se finisează atunci când lichidul umple camera. Nivelele și figura 6.13 ele sunt măsurate de la linia ce este corespunzătoare nivelului static.

Figura 6.13. Creșterea nivelului de lichid în camera de acumulare.

Ca să determinăm timpul de acumulare trebuie să pornim de la ecuația afluxului de lichid din strat în sondă:

(6.7)

La un moment dat , atunci când nivelul de lichid se află la o distanță H față e nivelul static , rezultă:

(6.8)

unde:

– debitul de lichid propus de sondă, [];

– indice de productivitate , [;

– greutatea specifică a lichidului din sondă , [];

– distanța între nivelul de lichid din sondă și nivelul static, [].

Cantitatea de lichid care intră în sondă , corespunzător nivelului H într-un timp , care este exprimat în minute, se calculează astfel:

(6.9)

În cazul în care înlocuim Q, rezultă:

(6.10)

Volumul de lichid care intră în camera de acumulare, favorizează creșterea nivelului de lichid în cameră , pe o distanță dH.

(6.11)

unde:

– secțiunea interioară a camerei de acumulare, secțiune pe care se ridică lichidul, [];

Dacă se compară relațiile (6.10) și (6.11), rezultă:

(6.12)

Separând variabilele și integrând relația (6.12) între limitele t=0, H=H, t=T, H=H, rezultă valoarea timpului de acumulare:

(6.13)

Prioada de acumulare nu începe chiar de la nivelul dar de la nivelul , dacă se are în vedere lichidul care se pierde din dopul inițial, dar și o cantitate de lichid care intră în cameră repede, imediat ce supapa fixă s-a deschis. Deoarece sunt știute: nivelul static, lungimea camerei și adâncimea de fixare a packerului inferior, este cunoscută și valoarea . În timpul , nivelul de lichid crește de la nivelul , la valoarea , deci nivelul poate f calculat din relația:

(6.14)

de unde:

(6.15)

(6.16)

VI.4. Metodologia de proiectare a unei instalații în gaz-lift intermitent cu cameră de acumulare

Se urmează următorul algoritm:

1. Se alege camera de acumulare.

2. Se calculează adâncimile de fixare ale supapelor.

În cazul descărcării sondei într-un rezervor, adâncimea de fixare a primei supape, ținând cont de nivelul static, va fi:

(6.17)

unde:

h – nivelul static de suprafață;

d – diametrul interior al tubingului;

D – diametrul interior al coloanei de exploatare;

P- presiunea din linia de injecție.

Pentru supapa a doua, se scrie echilibrul de presiuni la nivelul acesteia, ținând cont că supapa a doua este descoperită cu presiunea de deschidere a primei supape la suprafață.

(6.18)

De aici rezultă, adâncimea de fixare a celei de a doua supape:

(6.19)

unde:

– gradient de descărcare;

– gradient static dat de fluidul cu care este omorâtă sonda.

Pentru supapa “i”, adîncimea de fixare va fi:

(6.20)

Se determină presiunea de închidere și deschidere a supapelor la suprafață și la adâncimea de fixare. Pentru prima supapă, presiunea de deschidere la suprafață , se alege cu bar mai mică decât presiunea din linia de injecție.

(6.21)

(6.22)

Presiunea de deschidere la adâncimea de fixare, se determină cu relația:

(6.23)

F- factor de presiune care depinde de greutatea specifică a gazelor și se găsește tabelat în funcție de adâncimea de fixare a supapelor care este dată în “feet”= picioare (1 m=3.28 feet). Presiunea de închidere a supapelor la suprafață se alege cu 1.5 bar mai mică decât presiunea de deschidere:

(6.24)

Presiunea de închidere la adâncimea de fixare :

(6.25)

Se calculează lungimea dopului de lichid din relația:

(6.26)

deci:

(6.27)

unde:

P- presiunea de deschidere la adâncimea de lucru a supapei de lucru;

v- viteza de ridicare a dopului ;

– coeficientul pierderilor hidraulice prin frecare;

– greutatea specifică a amestecului care compune dopul de lichid;

P- presiunea la gura sondei în țevile de extracție.

Se calculează lungimea camerei de acumulare L, scriind egalitatea între volumul dopului de lichid și volumul camerei de acumulare.

(6.28)

(6.29)

Se calculează presiunea sub dop în momentul startului.

(6.30)

Se calculează debitul de gaze necesar, ca dopul de lichid să plece din start cu o viteză de 5 m/s.

(6.31)

unde:

c- capacitatea unitară a coloanei de țevi de extracție;

T-temperatura medie în sondă;

Se calculează consumul de gaze pe ciclu.

(6.32)

unde:

V- volumul interior al tubingului, mai puțin al dopului de lichid;

P- presiunea calculată ca medie între presiunea din tubing în dreptul valvei “P”, și presiunea sub dopul de lichid, luând în considerare coeficientul de recuperare al dopului “P”

(6.33)

unde:

h (6.34)
c- coeficient de recuperare

P (6.35)

P (6.36)

Se calculează volumul de gaze provenit din destinderea gazelor din coloană, între presiunea de deschidere și de închidere a supapei de lucru.

(6.37)

unde:

V- volumul spațiului inelar de deasupra camerei de acumulare;

Se calculează timpul de ridicare al dopului de lichid la suprafață.

(6.38)

Se calculează debitul de gaze care intră în tubing, prin supapa de lucru, în timpul t.

(6.39)

Se calculează rația gaze-țiței consumat.

(6.40)

V- volumul de lichid ridicat la suprafață;

Se calculează timpul de acumulare.

(6.41)

(6.42)

(6.43)

(6.44)

Se calculează durata totală a unui ciclu.

(6.45)

unde:

t- timpul de acumulare al lichidului

t- timpul de ridicare al dopului de lichid la suprafață

t- timpul de destindere al gazelor în țevile de extracție

15. Se calculează volumul de lichid adus la suprafață pe un ciclu.

(6.46)

Se calculează volumul de lichid adus la suprafață într-o zi.

(6.47)