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:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Гидродинамика двухфазных смесей в процессах бурения нефтяных и газовых скважин

-- [ Страница 4 ] --

По уравнениям (43) при граничных условиях р=р0 и T = T0, при z = z0 c использованием формулы для притока Jm в виде (43) получены уточнённые распределения давлений по стволу скважин месторождения Карачаганак (рис. 7).

Определение подачи бурового раствора, необходимой для очистки скважины от шлама. В диссертации решены задачи по определению необходимого расхода несжимаемой жидкости для выноса твёрдой частицы при её нахождении у стенки канала.

Обтекание частицы однофазными (НЖ, ВПЖ и СЖ) и многофазными потоками около стенки отличается от обтекания в безграничном потоке. Если принять, что частичка имеет сферическую форму, то это предположение даёт заниженные оценки коэффициента сопротивления Сw и, тем самым, завышается скорость страгивания частицы vc в нужную сторону, гарантирующую транспорт частиц. В результате получены оценки необходимого расхода насосов для выноса шлама.

Рис. 7. Сравнение результатов расчётов распределения давления в скважинах №109 и №121 месторождения Карачаганак: 1,3 – по разработанной модели; 2,4 – по методике Ю.П. Коротаева и др.; - по формуле Г.А. Адамова; * – по методике ВолгоУралНИПИгаза; d– промысловые замеры.

В работе используется формула для скорости страгивания частички в виде , где dч – диаметр частицы; ж – плотность жидкости; - эффективное ускорение свободного падения, К – коэффициент пропорциональности; т- коэффициент трения между частицей, стенкой и другими частицами, определяемый экспериментально.

Решены задачи страгивания частицы при её обтекании ламинарным и турбулентным потоками НЖ, ВПЖ и СЖ в плоской щели в случае, если скорость жидкости в точке расположения центра частицы превысит её скорость витания. Схемы обтекания показаны на рис. 8 и 9.

Рис. 8. Течение в плоской щели: dч - эквивалентный диаметр частицы шлама, Н - величина зазора, W(r) - профиль скорости течения НЖ или СЖ.
Рис. 9. Течение в плоской щели: dч - эквивалентный диаметр частицы шлама, Н - величина зазора, Н0 – размер ядра,W(r) - профиль скорости течения ВПЖ

В диссертации приводятся формулы для расчёта необходимого расхода для движения частицы. Дана графическая иллюстрация режимов обтекания частиц потоками НЖ, где выделены области выноса частиц (в зависимости от чисел Re обтекания частицы и чисел Re потока) с целью выбора соответствующих расчётных формул. Дана методика и примеры расчётов скорости страгивания частиц в потоках жидкостей.

В седьмой главе рассмотрено неустановившееся течение двухфазных смесей.

Одномерные уравнения неустановившегося движения двухфазных смесей в элементах циркуляционной системы скважины.

В систему одномерных уравнений входят уравнения сохранения массы, движения и энергии в безразмерных переменных:

(44)

При задании уравнений состояния фаз (33), замыкающих функций (34) и (35), используя термодинамические законы для энтальпий фаз hi, начальные и граничные условия, можно получить численные решения системы (45).

В диссертации приведены решения ряда задач неустановившегося течения смесей по определению дебита аварийно фонтанирующей скважины и определения параметров глушения аварийных газовых и газоконденсатных скважин.

Сопряжённая задача теплообмена при эксплуатации и аварийном фонтанировании газоконденсатной скважины в многолетнемерзлых породах (ММП).

На месторождениях Крайнего Севера, характерной особенностью которых является наличие ММП, последствия аварийного фонтанирования усугубляются протаиванием породы. Для расчета радиуса протаивания необходимо знать распределение температуры в стволе скважины и его изменение во времени. Для исследования движения флюида по стволу скважины, пробуренной в многолетнемерзлых породах, решена сопряженная задача течения флюида (газа, газоконденсатной смеси, нефти) в скважине с учётом теплообмена в окружающей породе. При этом течение в скважине можно принять стационарным, так как по предварительным оценкам характерные времена (время прохождения флюида по стволу скважины и время изменения температуры грунта у стенки скважины на 1°С) различаются на 2 - 3 порядка.

1. Для движения газоконденсатной, т.е. двухфазной многокомпонентной смеси, по стволу скважины использована постановка задачи при следующих предположениях: движение в скважине установившееся и одномерное; давления и температуры фаз одинаковы и постоянны по сечению скважины; в каждом сечении выполняются условия локального термодинамического равновесия для объема смеси, проходящего через него в единицу времени.

Для интегрирования системы (43) при известном массовом расходе газа Gm задаются начальные условия в виде p(H) = p*, T(H) = T*, где H - глубина скважины, а p*, T* - давление и температура на забое. В случае аварийного фонтанирования скважины величины p*, T* являются неизвестными и нужно задать ещё два условия. Первое является индикаторной кривой пласта pпл2-(p*)2 = A·Gm+B·Gm2, где pпл – известное пластовое давление; А, В - фильтрационные коэффициенты, полученные при исследовании скважин на стационарном режиме. При аварийном фонтанировании на устье скважины (z = 0) может возникнуть критический режим истечения, откуда следует второе условие: p/z, T/z при z0.

2. Для определения температуры Тс на стенке скважины необходимо решить задачу о теплообмене скважины с окружающей породой.

Течение в скважине принято стационарным, а тепловое поле в породе нестационарным. В момент времени t = 0 температура Тс определяется геотермическим градиентом. Из системы уравнений находятся функции p(z) и T(z) при заданных значениях p*, T* и Gm,. Считая, что в течение некоторого промежутка времени T(z) остаётся постоянной, производим расчет внешнего поля температуры и находим новое значение Tс(z). Расчет ведется до изменения Tс(z) на заданную величину T. По значениям Tс(z) и вычисленным p*, T* и Gm находим новые зависимости p(z), T(z) в скважине и продолжаем расчет внешнего поля температуры. Затем снова находим p(z) и T(z) в стволе и т. д.

При выводе уравнений температурного поля в породе принято, что: фазовые превращения воды в породах происходят при 00С, вертикальные потоки тепла в области теплового влияния скважины малы по сравнению с радиальными, поток тепла в скважине за счет теплопроводности мал по сравнению с конвективным.

Первоначально, при 0 z h порода является многолетнемёрзлой, а при h z H - немёрзлой. В многолетнемерзлых породах выделены два этапа. На первом этапе порода предполагается мерзлой с температурой T < 00С. Начало второго этапа соответствует обращению в нуль температуры породы на стенке скважины. В породе выделяются две зоны - талая и мерзлая, отделенные границей фазового (агрегатного) перехода, распространяющейся от стенки скважины во времени.

Во всех случаях распределение температуры в породе описывается уравнением теплопроводности в безразмерной форме

, (45)

где i = Ti/T; t = /0; r = /r0; I = ai0/r02; i = 1 относится к талой породе, i = 2 – к мерзлой, i = 3 – к немерзлой; ai - температуропроводность; r0 - радиус скважины; 0 - характерное время; T - температура в стволе; - текущий радиус; - время.

На первом этапе, когда идет прогрев мерзлой породы, начальное и граничные условия имеют вид

Здесь tм = t/0 соответствует моменту начала протаивания мерзлой породы, =Тм/Т - начальное распределение температуры в мерзлой породе.

На втором этапе, когда в породе две зоны из талых и мерзлых пород, уравнение (46) дополняется условиями

В немёрзлой зоне (ниже зоны мерзлоты) при i = 3 имеем

где k - коэффициент теплопередачи, 1* - коэффициент теплопроводности, q - удельная теплота фазового перехода вода в лёд, L - массовое содержание льда в породе, T() - распределение температуры в породе при м, T0(z) - начальное распределение температуры в немерзлой породе, () - подвижная граница фазового перехода (радиус протаивания).

Вместо условий на бесконечности вводится радиус теплового влияния R(t), на котором выполняются условия

При решении задачи использованы интегральные методы.

3. Для выполнения вычислений создан пакет программ. Ниже приведены результаты расчета для типовой скважины п-ова Ямал, где толщина слоя многолетнемерзлой породы h = 250 м. Мольный состав добываемого многокомпонентного флюида, %: СН4 - 96,37; С2Н6 - 2,89; C3H5 - 0,05; С4Н10 - 0,03: С5 - 0,01; СО2 - 0,22; N2 - 0,43.

Расчеты свободного дебита сделаны для двух вариантов.

В первом - фонтан возник непосредственно при пуске скважины в эксплуатацию (без учета протаивания). Получено: свободный дебит Q0 = 4,22·106 м3/сут, давление и температура на устье скважины р(0) = 0,84 МПа, Т(0) = 247 К. Температура на стенке скважины соответствовала геотермической. Во втором варианте фонтан возник через 352 дня после начала эксплуатации. Получено: свободный дебит Q0 = 4,4·106 м3/сутки; p(0) = 1,03 МПа; Т(0) = 257 К.

Для обоих случаев в работе приведены расчётные зависимости изменения давления p(z) и температуры T(z) по глубине скважины. Численные расчёты изменения радиуса протаивания (t) от времени приведены в работе для глубин z = 200, 100 и 0 м. Изменение внешнего температурного поля вследствие прогрева и протаивания породы почти не влияет на величину дебита, но заметно сказывается на устьевом давлении и температуре. Из расчетов следует, что на всех глубинах граница (t) монотонно растет с увеличением времени, причем особенно резко в начальный период эксплуатации скважины. Расчеты также показали, что предварительные оценки соотношения характерных времен для процессов в скважине и породе были верны.

По заказу промышленности серия расчетов была проведена для скважин п-ова Ямал.

Расчёт плотности и подачи задавочной жидкости для глушения открытого газового фонтана.

Аварийное фонтанирование может возникать как при бурении скважины, так и эксплуатации. Для глушения фонтана необходимо знать свободный дебит.

Один из основных способов ликвидации открытых газовых фонтанов - закачка задавочной жидкости в поток фонтанирующего газа через наклонно направленные скважины, соединённые непосредственно или трещиной гидроразрыва с фонтанирующей. Величина свободного дебита, подача и необходимое количество задавочной жидкости являются важнейшими параметрами для правильного выбора наземного насосного оборудования, запаса жидкости, проектирования конструкции наклонных скважин.

За начало отсчёта (t=0) процесса глушения скважины принят момент начала подачи задавочной жидкости плотностью p с постоянным расходом Qз по наклонной скважине в ствол фонтанирующей скважины с дебитом газа Q0, который известен или может быть найден.

При глушении в пласте и в призабойной зоне скважины движется газ, а в трубном и (или) кольцевом пространстве - газожидкостная смесь. Жидкость, продвигаясь к устью, увеличивает забойное давление pз, уменьшая приток газа. То есть, в стволе скважины имеет место неустановившееся течение двухфазной жидкости. Глушение произойдёт, когда pз станет равным или больше пластового. Считается, что задавочная жидкость - несжимаемая, газ подчиняется закону (33), фазовых переходов нет, фазы движутся с равными скоростями ( = ), движение изотермическое и турбулентное ( = const), инерцией пренебрегается.

При сделанных предположениях система (45) сильно упрощается и получается, как частный случай, система, состоящая из уравнений сохранения массы для газа и задавочной жидкости, уравнений движения газожидкостной смеси и уравнения индикаторной кривой пласта:

, ;
; (46)
.

В качестве начальных условий (t = 0) взяты постоянные распределения давлений в пласте и скважине (дебит фонтана Q0 = const), поскольку до начала глушения течение газа в системе скважина - пласт установившееся. Граничные условия: устьевое давление и расход задавочной жидкости постоянны при t > 0.

В.Д. Малеванский, Е.В. Шеберстов и Е.Г. Леонов использовали систему (47) для определения параметров глушения.

В диссертации, для оперативного поиска параметров глушения, решение системы (47) представлено в безразмерных переменных. В результате расчётов создан альбом графиков для выбора режимов глушения фонтанов. Например, на рис. 10 показаны два типичных графика при L/dc =1600.

 Зависимости от Sh при рпл/ру = 2 и различных безразмерных переменных Gr для-109

Рис. 10. Зависимости от Sh при рпл/ру = 2 и различных безразмерных переменных Gr для глушения газовых фонтанов. Другие графики в альбоме также выполнены в указанных координатах для различных отношений пластового давления рпл к забойному давлению рзо. На рисунке 2 – плотность воды.

Каждый график представляет собой набор кривых для заданных параметров. Чтобы использовать альбом, по исходным данным рассчитывают забойное давление р30 для движения чистого газа, находят параметры рпл/ру, рпл/(3gL), рпл/р30. Выбирают нужную кривую глушения фонтана. Задавшись определённым объёмом V задавочной жидкости и вычислив число Sh = V/Vскв, с помощью соответствующей кривой находят значение и производительность насосов по формуле .

Неустановившееся течение газожидкостной смеси при бурении на депрессии.

Рассмотрено движение раствора в бурящейся скважине с непрерывным поступлением с забоя флюида с заданным расходом Qпл на некоторой глубине Канчуренского ПХГ.

При бурении с заданной депрессией на пласт требуется определить давление рстояк в стояке и давление ркп в КП перед штуцером для поддержания необходимой депрессии на пласт. Информация об изменении давления в стояке дают возможность управлять безаварийным процессом бурения.

В диссертации использована изотермическая постановка задачи (31) - (35). Для скважины Канчуринского ПХГ численное решение представлено в виде изменения давления в стояке, которого следует придерживаться при бурении, чтобы сохранить заданную депрессию (рис. 11)

 Поддержание заданной депрессии при нестационарном течении газированного-113

Рис. 11. Поддержание заданной депрессии при нестационарном течении газированного раствора регулированием штуцера: ршттр = 6,84 бар – требуемое давление для поддержания депрессии без притока; ршттр = 10 бар – требуемое давление на штуцере с притоком перед герметизацией; рштгаз = 36 бар - требуемое давление на штуцере (газ на устье); tmin = 24 мин – минимальное время, через которое газ появляется на устье; 1 мин – интервал времени регулирования.

В восьмой главе рассмотрены барботажные и струйные течения при бурении.

Исследование течения «нулевой подачи».

При переходе с промывки на бурение с продувкой воздухом необходимо рассчитать производительность компрессоров, обеспечивающих вынос жидкости из скважины. При поступлении пластовых вод в скважину производительность компрессоров для выноса жидкости соизмерима с производительностью компрессоров для выноса шлама. До выноса жидкости из скважины существует режим течения – «нулевая подача», при котором скорость жидкой фазы w2 = 0. Поэтому автором были использованы известные опытные данные из литературы, дополненные исследованиями газосодержания на лабораторной установке при числах Fr < 0,1.

Установка состояла из стеклянной круглой вертикальной трубы с внутренним диаметром D = 79 мм, к нижнему концу которой был присоединен газопровод. Расход газа Q0 измеряли расходомером. Измеряли начальную высоту столба чистой жидкости h и высоту газожидкостного столба H при установившемся движении газа с заданным числом Фруда где За верхнюю границу высоты H принимали поверхность раздела между газожидкостным столбом и образовавшейся пеной. Вычисляли величину водосодержания .

Полученные опытные данные аппроксимированы формулами, коэффициенты которых получены методом наименьших квадратов:

при Fr 130 и при Fr > 130. (48)

Задача распределения давления в режиме «нулевая подача».

Для данной изотермической задачи уравнение движения следует из (45), если принять скорость жидкости w2 = 0 и пренебречь инерционным членом

, где = (Fr), = 1, c = 0 = const. (47)

В работе путём обработки опытных данных получены явные выражения для газосодержания

для Fr 130; для Fr 130


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 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.