авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Совершенствование технологии отбора из пласта и подъема двухфазной жидкости в добывающей скважине

-- [ Страница 1 ] --

УДК 622.276.6

На правах рукописи

ФАТХЛИСЛАМОВ МАРАТ АЙРАТОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТБОРА ИЗ ПЛАСТА И ПОДЪЕМА ДВУХФАЗНОЙ ЖИДКОСТИ В ДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЕ

25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа – 2011

Работа выполнена в обществе с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение «Нефтегазтехнология»

Научный руководитель: Официальные оппоненты: Ведущая организация: доктор технических наук, профессор Владимиров Игорь Вячеславович доктор технических наук, профессор Уразаков Камил Рахматуллович кандидат технических наук, доцент Павлюченко Валентин Иванович Институт «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть» имени В. Д. Шашина

Защита диссертации состоится «23» декабря 2011 года в 14 00 часов, в конференц-зале на заседании диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.020.01 при открытом акционерном обществе «Научно-производственная фирма «Геофизика» (ОАО НПФ «Геофизика») по адресу: 450005, г. Уфа, ул. 8-ое Марта,12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПФ «Геофизика».

Автореферат разослан «22» ноября 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор химических наук Д.А. Хисаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Одной из актуальных проблем нефтедобывающей промышленности является снижение себестоимости добычи нефти. Большая часть затрат на подъем нефти приходится на энергетические затраты. Задача уменьшения энергетических потерь требует широкомасштабных научных исследований по вопросам энергосбережения на уровне «призабойная зона – ствол скважины». Применяемые в настоящее время методики расчета движения флюидов в стволе скважины и призабойной зоне имеют больше эмпирический характер и ограниченные интервалы применимости. Малая точность результатов расчетов из-за схематического рассмотрения потока фазной жидкости не позволяет учитывать большинство важных параметров и должным образом произвести оптимизацию технологии отбора нефти из пласта на этапе проектирования и эксплуатации скважин. Поэтому все большую актуальность для ускорения решения оперативных задач отбора нефти из пласта при формировании геолого-технических мероприятий приобретает использование программ вычислительной гидрогазодинамики, основанной на численных методах, которые многократно увеличивают процесс оценки эффективности подъема фазной жидкости с забоя скважин. Применяемые математические модели, основанные на итерационном решении уравнений Навье-Стокса, турбулентности и конвективно-диффузионного переноса позволяют получить более полные характеристики изменения параметров двухфазного потока на рассматриваемых участках ствола скважины и использовать их при прогнозировании притока нефти из пласта и установлении режимов работы скважин.

Цель работы – изучение структуры потока при подъеме обводненной нефти в системе «призабойная зона – ствол скважины» с учетом влияния контура перфорации, скольжения фаз и характеристик флюидов для создания оптимальной технологии отбора продукции скважин.

Объект исследования. В качестве объектов исследования в диссертации рассматриваются однофазные и двухфазные гидродинамические потоки жидкости притока из пласта и в стволе скважины по технологическим характеристикам скважин ОАО «Оренбургнефть».

Предмет исследования. В качестве предмета исследования приняты характеристики гидродинамических потоков (скорость, содержание фаз, давление и т.д.) на участках ствола скважины: «забой, интервал перфорации, подъемные трубы» для вертикальных (ВС) и горизонтальных стволов (ГС).

Основные задачи исследования

  1. Анализ существующих методик описания многофазного потока в стволе скважины и выявление их областей применимости.
  2. Оценка гидродинамического моделирования участков ствола скважины при различных параметрах коллектора и режимах течения в фонтанных и насосных скважинах с ЭЦН и ШГН с выбором оптимальных режимов отбора жидкости.
  3. Оценка влияния угла наклона контура перфорации на формирование структуры потока.
  4. Выбор оптимальных интервалов перфорации для скважины № 1546 Ибряевского месторождения на основе рассмотренного ряда численных задач.

Методы исследования. Решение поставленных задач базируется на численном моделировании гидродинамических потоков жидкостей на участках «призабойная зона – ствол скважины» с использованием итерационных методов расчета. Основу математических моделей составляют уравнения Навье-Стокса, турбулентности и конвективно-диффузионного переноса. В исследовании используются физические свойства водонефтяного потока и модель стандартной турбулентности (), а также данные технологических характеристик скважин ОАО «Оренбургнефть».

Научная новизна

  1. Установлено, что обводненность в стволе скважины на рассматриваемых участках - «призабойная зона - ствол скважины» зависит от скорости потока скважинной жидкости. По результатам численных расчетов получена обобщающая количественная зависимость обводненности от числа Рейнольдса потока.
  2. Численными исследованиями установлено, что изменение угла наклона контура перфорации к направлению потока сокращает энергетические потери в области перфорационных отверстий. Для рассмотренных горизонтальных участков ствола скважин применение перфорационных отверстий под минимальным углом (200) к оси ствола скважины позволяет снизить потери давления в области перфорации более чем в 4 раза.
  3. Путем изучения структуры потока двухфазной жидкости на трехметровой модели ствола скважины (участок «призабойная зона – ствол скважины») выявлены неравномерность распределения фаз как по поперечному, так и по продольному сечению ствола скважины: при низких скоростях притока малообводненной нефти (0,05м/с при 5% обводненности) большее содержание нефти у стенок, а большее содержание воды в центре ствола скважины, во всех ее сечениях.
  4. Установлено, что на рассматриваемой трехметровой модели горизонтального ствола скважины структура потока однофазной жидкости при ламинарном характере течения представляет собой две вращающиеся в противоположных направлениях спирали, приводящие к увеличению длины траектории частицы жидкости, за счет возрастания энергетических потерь по сравнению с «классическим» ламинарным потоком.

Зачищаемые научные положения

  1. Научно-методические основы обоснования эффективности применения типа перфорации «под углом к направлению потока».
  2. Расчет и выбор оптимальной плотности перфорационных отверстий на примере скважины №1546 Ибряевского месторождения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием современных пакетов моделирования, совпадением результатов исследования с опытными данными.

Практическая значимость и реализация результатов работы

  1. По результатам промысловых испытаний установлено и рекомендовано, что для малодебитных скважин процесс скольжения фаз сопровождается с большей интенсивностью и, как следствие, способствует искажению данных промысловых измерений.
  2. Исследована динамика притока в зоне перфорационных отверстий по скважине №1546 и получен факт возмущающего характера влияния скорости потока на основной поток. Установлено, что турбулентность потока растет с ростом скорости и соотношением распределения фаз.
  3. По результатам диссертационного исследования разработана методика определения конфигурации перфорационных отверстий и выбора режима отбора нефти по стволу скважины и передана в НГДУ «Бугурусланнефть» для практического использования.

Личный вклад автора.

В рассматриваемых исследованиях автору принадлежат постановка задач, их решение и анализ полученных результатов. Также автору принадлежат определение оптимальных габаритных размеров моделей, определение адекватности сеточных структур, выбор оптимальных допущений и методика выбора интервала и плотности перфораций пласта.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на VIII Конгрессе нефтегазопромышленников России. Секция А. (Уфа, 26 мая 2009), семинарах НПО «Нефтегазтехнология», УфаНИПИнефть (г. Уфа, 2007-2010 гг.), в нефтяной компании «ТНК-ВР» (г. Москва, 2008 - 2009гг.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 5 - в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 85 наименований. Работа изложена на 176 страницах, в том числе содержит 8 таблиц, 94 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследования, научная новизна, основные защищаемые положения и показана практическая значимость работы.

В первой главе проведен обзор работ по теме диссертации, выявлены проблемы, связанные с технологиями разработки нефтяных пластов, в частности по механизму движения многофазных жидкостей в подъемных трубах скважин фонтанных, с электроцентробежными насосами (ЭЦН) и штанговыми глубинными насосами (ШГН). При этом принято, что в зоне «призабойная зона-ствол скважины» отбор двухфазной жидкости осуществляется в режиме Рзаб>Рнас. Отмечено, что данная проблема достаточно широко исследовалась как теоретическим, так и экспериментальным путем такими известными учеными как А.П. Крылов, И.М. Муравьев, И.Т. Мищенко, Л.Х. Ибрагимов, Г.З. Ибрагимов, Н.И. Хисамутдинов, К.Р. Уразаков, В.А. Сахаров, Г.С. Лутошкин, Х.Х. Гумерский, В.Г. Грон, П.Д. Ляпков и многими другими.

Для указанной области (Рзаб>Рнас) механизм движения двухфазного потока иллюстрируется на рисунке 1, где для скважин фонтанных, с электроцентробежными насосами (ЭЦН) и штанговыми (ШГН) выделены 3 области энергетического состояния для двухфазной зоны (рисунок 1, а, б, в). В фонтанных скважинах, непрерывное движение протекает за счет энергии пласта, расходуемой на преодоление сил сопротивления, равной Wзаб = Wп+Wи, где Wп – природная энергия, Wи – энергия искусственного фонтанирования. Для скважин с ЭЦН к природной энергии добавляется энергия погружного насоса, тогда Wзаб = Wп+Wэцн, а для скважин со штанговыми насосами Wзаб = Wп+Wшгн. Если при отборе продукции фонтанным и электроцентробежными насосами обеспечивается непрерывный режим, то для случая с ШГН (рисунок 1в) отбор жидкости осуществляется в режиме импульсно-периодического движения жидкости, передаваемого от энергии насоса при ходе вверх и вниз.

  Иллюстрация к механизму движения двух (трехфазного) потока в трубах в-1

Рисунок 1 – Иллюстрация к механизму движения двух (трехфазного) потока в трубах в фонтанных скважинах, скважинах с ЭЦН и ШГН

Анализ опубликованных работ по этой проблеме показал, что одной из наиболее важных проблем в установлении режима работы скважины является гидродинамика потока пластовых флюидов в призабойной зоне и стволе, многофазного потока с учетом области перфорации пласта.

Однако отсутствие универсальных методик, кроме экспериментальных и теоретических, объединяющих все возможные режимы работы скважин, не позволяет автоматизировать расчет режима течения двухфазного потока.

Имеющиеся методики непригодны для оперативного компьютерного определения оптимальных режимов работы при формировании различного рода ГТМ по скважинам. Повышение же рентабельности эксплуатации скважин неразрывно связано со структурой потока, физическими свойствами флюидов, режимами работы и, конечно же, геометрическими параметрами скважин – кривизной траекторий ствола, углом наклона скважины, количеством и видом перфорационных отверстий. Создание обобщенного алгоритма для оперативного исследования характера процессов, происходящих в стволе скважины, при различных возмущающих воздействиях, с анализом их влияния и взаимовлияния является актуальной востребованной задачей в промысловых условиях.

Во второй главе описываются: методика численного исследования процессов и явлений в стволе скважины, этапы построения моделей и методы решения задач моделирования течения двухфазной жидкости на участке вертикального ствола (ВС), в режиме непрерывного течения флюидов по стволу с изучением процессов массопереноса фаз (

рисунок 1 а, б).

В результате применения методов вычислительной гидрогазодинамики и ее основных инструментов – пакетов построения трехмерной геометрии, пакетов моделирования гидродинамических течений становится возможным определение основных структур течения в стволе скважины. Проведение вычислительных расчетов основывается на последовательности операций, которые можно обобщить и представить как этапы моделирования. В свою очередь, этапы моделирования, при рассмотрении определенного круга задач в более развернутом виде, формируют методику численного исследования процессов и явлений в стволе скважины.

Для более детального представления специфики структуры потока в стволе вертикальной скважины был рассмотрен ряд модельных задач. Задающие и возмущающие воздействия эквивалентные влиянию энергетического состояния пласта и работе насосного оборудования моделируются установлением различных значений граничных условий. Были рассмотрены задачи с обводненностью коллектора - 5, 10, 30, 50, 70%, в широком диапазоне скоростей несущего потока и притоков в области перфорации (0.0001 - 1.5 м/с).

При решении первой серии задач были приняты следующие основные допущения.

1. Продукция скважин – несжимаемые жидкости.

2. Задачи решаются в стационарной и нестационарной постановке.

3. Для некоторых задач пульсациями параметров на входе пренебрегаем - приняты постоянными скорость, давление и параметры турбулентности.

4. Изменение температурного поля пренебрежимо мало.

5. Неравномерность параметров (расхода, давления) не учитывается.

6. Коллектор считается условно однородным.

Граничными условиями для решаемых задач явились:

1. Основной вход в участок ствола ВС: задано нулевое значение скорости V//= 0м/с, что соответствует рассмотрению области вблизи зумпфа.

2. В области перфорационных отверстий величина скорости флюида Vпрф= 0.451м/с при содержании фаз 0.95 (содержание пяти процентов воды на входе), что является аналогом режимов течения в скважинах Ибряевского месторождения НГДУ «Бугурусланнефть».

3. На выходе задано значение давления, которое равно Pвых=10.07МПа.

В качестве флюида рассматривается жидкость со свойствами реальной нефти и воды. Для построения количественных зависимостей параметров потока по участку ствола расчетная область разбита сечениями съема параметров. Результаты численных исследований представлены на рисунке 2.

Из рисунка 2 видно распределение характеристик потока вдоль ствола скважины. Турбулентный режим течения в зоне перфорации (число Рейнольдса - 76906) показывает, что наблюдается процесс накопления фазы воды ниже области перфорации, а также - образование структуры потока с преобладанием фазы воды у стенок ствола.

30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 4 3 2 1

Рисунок 2 – Расположение сечений определения параметров на поле содержания флюидов в период накопления фазы воды ниже области перфорации.

а) б)  График изменения содержания фаз: (а) среднего значения в-4а)  б)  График изменения содержания фаз: (а) среднего значения в-5 б)

Рисунок 3 – График изменения содержания фаз: (а) среднего значения в рассматриваемом объеме скважинного пространства (0 – вода, 1 – нефть, 0-1 смесь веществ), (б) среднего значения по площади сечений в период установившегося равновесного состояния (рисунок 2).



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.