ЛИФТОВАЯ КОЛОННА ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН НА ПОЗДНЕЙ СТАДИИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Полезная модель относится к газодобывающей промышленности, а именно к конструкциям лифтовых колонн для эксплуатации газовых скважин на месторождениях, в частности, находящихся в условиях падающей добычи газа на завершающей стадии разработки. Данные скважины характеризуются низкими забойными давлениями, дебитами и скоростями потока добываемой продукции в колонне насосно-компрессорных трубах (НКТ), что приводит к образованию на забое скважин жидкостных и песчано-глинистых пробок и, в конечном итоге, к снижению дебита и самозадавливанию скважин.
Известны конструкции лифтовых колонн, состоящих из стальных бесшовных гладких НКТ, производимых согласно [ГОСТ Ρ 52203-2004] различных диаметров, толщин стенок и групп прочности для эксплуатации скважин.
В процессе эксплуатации скорость газожидкостного потока в лифтовой колонне снижается и со временем становится недостаточной для выноса скапливающейся жидкости на поверхность. Скопление жидкости проявляется не только в малодебитных скважинах, также оно может наблюдаться в скважинах с большим диаметром лифтовой колонны и высоким устьевым давлением, даже при высоких дебитах. Когда скорость газа в эксплуатационной колонне начинает падать, скорость движения жидкости, выносимой газом, также снижается. В результате изменяется характер ее течения у стенок труб, происходит накопление жидкости на забое и образование жидкостной пробки. Увеличение объема жидкости в эксплуатационной колонне действующей скважины может уменьшить ее производительность либо полностью остановить добычу газа. В некоторых случаях жидкость может попадать в ствол скважины в результате притока воды из подстилающего водоносного горизонта или других источников.
Снижение пластового давления и дебита ухудшают условия выноса жидкости и механических примесей с забоя скважины. Накопление жидкости приводит к увеличению фильтрационных сопротивлений, дальнейшему снижению продуктивности и в итоге к самопроизвольному задавливанию скважины. От оптимизации объема скапливающейся жидкости может зависеть продолжение или прекращение эксплуатации.
Поэтому, одной из основных проблем эксплуатации скважин на поздней стадии разработки, является их выбытие в бездействующий фонд по причине самопроизвольного задавливания конденсационной жидкостью.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является сохранение эксплуатационной скважины в действующем фонде за счет оптимизации работы скважины, исключающей задавливание скважины конденсационной жидкостью, что актуально для газовых месторождений, находящихся на поздней стадии разработки.
При использовании заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в организации режима (структуры) течения газожидкостного потока, обеспечивающего вынос конденсационной жидкости по лифтовой колонне на устье.
Указанный технический результат достигается тем, что в лифтовой колонне для эксплуатации газовых скважин на месторождениях, содержащей последовательно соединенные насосно-компрессорные трубы, новым является то, что на внутренней поверхности каждой из насосно-компрессорной труб, составляющих подъемную трубу, выполнены винтовые линии, представляющие собой в поперечном сечении одинаковые канавки, при этом количество и параметры винтовой линии определены с учетом конкретных условий эксплуатации скважины и внутреннего диаметра НКТ.
Причинно-следственная связь между существенными признаками, характеризующими заявляемое техническое решение, и техническим результатом следующая. Винтовые канавки в каждой НКТ образуют винтовые линии, имеющие постоянную площадь поперечного сечения по всей длине, которые придают вращательное движение газожидкостному потоку. Заявляемая конструкция лифтовой колонный обеспечивает закручивание потока, который позволяет организовать газожидкостный поток, удовлетворяющий сохранению благоприятных условий для выноса жидкости на более длительный срок, чем при использовании стандартных НКТ, и соответственно увеличивает время бесперебойной работы скважины, что в свою очередь значительно сократить материально-технические затраты, связанные с потерями при простое скважины.
На фиг. 1 схематично изображена лифтовая колонна для эксплуатации газовой скважины в продольном разрезе, на фиг. 2 в поперечном разрезе.
Лифтовая колонна для эксплуатации газовой скважины содержит ряд последовательно соединенных между собой НКТ 1 диаметром, соединенных, например, посредством муфт 2 (как показано на фиг. 1, 2).
Для придания вращательного движения газожидкостному потоку на всем протяжении лифтовой колонны на внутренней поверхности каждой НКТ 1 выполнены одинаковые в поперечном сечении по всей ее длине канавки 3, имеющую постоянную площадь поперечного сечения по всей длине. Каждая из указанных канавок 3 образует винтовую линию. Форма канавки 3 может быть прямоугольной, трапецеидальной, однако целесообразнее выполнять винтовую линию с поперечным сечением в виде полукруглой формы для исключения засорения каналов механическими примесями. Угол подъема винтовой линии может быть от 30 до 75 град, для обеспечения получения вращательного эффекта течению газожидкостного потока. Количество винтовых линий может быть до 5, большее количество винтовых линий может оказать негативное влияние на прочностные характеристики НКТ. Угол подъема винтовой линии лежит в интервале 30-75 град для обеспечения создания вращательного движения газожидкостного потока у внутренней стенки НКТ 1.
Формирование винтовой линии можно осуществить, например, посредством электроэрозионной или электрохимической обработки. Для этого используют электрод в виде диска с выступами, расположенными по периметру диска, количество которых выбирают из условия формирования винтовых нарезов.
Для практических расчетов руководствуются результатами гидродинамического расчета для конкретных скважинных условий обеспечения выноса жидкости с устья скважины под внутренний диаметр насосно-компрессорных труб, имеющих соответствующую толщину стенки. При этом глубина канавки винтовой линии должна соответствовать прочностным характеристикам, предъявляемым для труб данного типоразмера, надежно выполнять свою функцию и не превышать предельно допустимую с учетом требования ГОСТ Ρ 52203-2004 в условиях восприятия силовых нагрузок на стенку НКТ.
Лифтовую колонну монтируют в скважине путем последовательного свинчивания заданного количества НКТ 1 с муфтами 2 с образованием подъемной трубы, которую спускают в скважину до заданного уровня. Газожидкостный поток 4, поднимаясь по лифтовой колонне к устью скважины по НКТ 1, при соприкосновении с внутренней поверхностью НКТ 1 за счет винтовых линий 3 приобретает поступательно-вращательное движение. Полная энергия потока увеличивается за счет суммирования кинетической энергии поступательного движения и энергии вращения. Внутри лифтовой колонны образуется так называемая вихревая нить, вдоль которой происходит увеличение кинетической энергии потока. При этом общая скорость потока также увеличивается за счет вихревого эффекта. В центральной части лифтовой колонны за счет центробежных сил создается зона разряжения, в которой гидравлические сопротивления резко уменьшаются, что обеспечивает благоприятные условия для движения газожидкостного потока с забоя скважины.
Использование заявляемой конструкции лифтовой колонны с параметрами винтовых линий, подобранных для конкретных скважинных условий, способствует выносу жидкости с устья скважины за счет обеспечения оптимизации течения газожидкостного потока, повышает добычу газа за счет увеличения рабочего дебита и продлевает время ее работы в режиме, исключающем задавливание конденсационной жидкостью.