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 | 3 |

Обоснование применения эжекторов для повышения эффективности эксплуатации скважин штанговыми насосными установками

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Молчанова Вероника Александровна

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЖЕКТОРОВ ДЛЯ

ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН ШТАНГОВЫМИ НАСОСНЫМИ УСТАНОВКАМИ

специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2010

Работа выполнена в ОАО Научно-производственная фирма «Геофизика»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Уразаков Камил Рахматуллович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Антипин Юрий Викторович

кандидат технических наук

Вагапов Самат Юнирович

Ведущая организация: «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть»

Защита диссертации состоится «11» июня 2010 г. в 1200 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-е Марта, 12.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПФ «Геофизика»

Автореферат разослан « 8 » мая 2010 года

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор химических наук Д.А.Хисаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Современное состояние нефтяных месторождений России характеризуется значительным ухудшением условий добычи. Одним из наиболее неблагоприятных факторов, существенно осложняющих эксплуатацию скважин штанговыми установками, является накопление газа с повышением давления в затрубном пространстве.

В процессе добычи нефти механизированным способом происходит разгазирование нефти, сопровождающееся выделением свободного газа в стволе скважины. Часть газа, вместе со скважинной жидкостью попадает на прием насоса, в насосно-компрессорные трубы и выкидную линию. Другая часть выделившегося газа накапливается в затрубном пространстве над динамическим уровнем, оттесняя его. Избыточное количество газа в пространстве между НКТ и обсадной колонной со временем приводит к таким нежелательным последствиям, как увеличение динамического уровня, образование газогидратов, рост газосодержания на приеме насоса и т.д., что может способствовать срывам в подаче и полной остановке добычи.

Рост давления газа в затрубном пространстве в основном происходит из-за следующих факторов: высокого давления в выкидной линии вследствие удаленного расположения автоматической групповой замерной установки, неровностей рельефа, повышенной вязкости добываемой нефти.

Для предотвращения чрезмерного повышения давления газа и оттеснения уровня жидкости до приема насоса на устье скважины устанавливают специальный клапан. При достижении определенного, равного давлению в выкидной линии, давления газа в затрубном пространстве, специальный клапан открывается, и газ перепускается в выкидную линию. Однако, как показывает практика, регулирование давления газа в затрубном пространстве с помощью клапана на устье не всегда эффективно, а часто и вовсе невозможно (например, при замерзании в условиях низких температур). Поэтому актуальным является поиск способов отбора газа из затрубного пространства с привлечением новых технологий.

Целью работы является совершенствование технологии эксплуатации скважин с высоким давлением газа в затрубном пространстве, на базе обоснования применения штанговых глубинных насосов с эжектором.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) анализ условий эксплуатации скважин штанговыми установками и последствий влияния избыточного давления затрубного газа на работу насосного оборудования;

2) теоретические исследования возможности использования эжектора для отвода газа из затрубного пространства в полость насосно-компрессорных труб;

3) экспериментальные исследования режима эксплуатации скважины штанговой установкой с эжектором в насосно-компрессорных трубах.

4) обоснование области применения технологий отвода затрубного газа в НКТ с использованием эжектора.

Научная новизна

1. Анализом и обобщением опыта эксплуатации скважин с избыточным давлением газа в затрубном пространстве выявлено, что при отсутствии отвода газа в таких скважинах количество отказов подземного насосного оборудования на месторождениях Западной Сибири возрастает в среднем в два раза.

2. Теоретическими исследованиями механизма инжекции газа из затрубного пространства в полость НКТ с использованием разработанной математической модели доказана возможность повышения эффективности работы штанговой установки с применением эжектора.

3. Стендовыми экспериментальными исследованиями установлена возможность регулирования давления газа и, следовательно, динамического уровня в требуемом интервале значений, путем перепуска затрубного газа в полость НКТ эжектором круглого и концентрического сопла.

Основные защищаемые положения:

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по совершенствованию режимов эксплуатации скважин штанговыми установками в компоновке с эжектором.

2. Технология регулирования давления затрубного газа путем перепуска его в НКТ в скважинах, оборудованных штанговыми установками с эжектором.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- разработана принципиальная схема и изготовлен стенд для испытаний автоматического клапанного устройства, позволяющего снижать давление газа в затрубном пространстве скважин;

- предложены специальные клапанные узлы для перепуска затрубного газа (Патенты РФ №2305171 и №2318983), позволяющие поддерживать давление в затрубном пространстве на уровне, способствующем эксплуатации скважины без осложнений;

- разработан и внедрен на 142 скважинах технологический Регламент на процесс добычи нефти и газа на кустовых площадках нефтяных месторождений ОАО «Юганскнефтегаз», устанавливающий порядок утилизации затрубного газа высокого давления.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «60 лет Девонской нефти» (г.Октябрьский, 2004г.), VI Конгрессе нефтегазопромышленников России «Научные исследования и практика совершенствования эксплуатации нефтяных месторождений РБ» (г.Уфа, 2005г.), на I и II научно-технических конференциях молодых специалистов «РН-УфаНИПИнефть» (г.Уфа, 2007, 2008 г.г.), Математическое моделирование и компьютерное моделирование в разработке месторождений (г.Уфа, 2009г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 12 печатных трудах, 3 из которых в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, получено 2 патента на изобретения.

Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве и включенные в диссертацию, состоит в разработке методики стендовых испытаний инжекции газа в кольцевое сечение и сопло, предложении расположить автоматическое клапанное устройство для перепуска газа в затрубном пространстве.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы из 107 наименований; содержит 140 страниц, 43 рисунка, 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований. Приведены основные защищаемые положения, отражена научная новизна выполненных исследований и их практическая значимость.

В первой главе диссертации показано, что давление газа в затрубном пространстве играет доминирующую роль в формировании давления на приеме насоса. Высокое значение давления газа в затрубном пространстве на процесс добычи нефти существенного влияния не оказывает до тех пор, пока имеется жидкостная прослойка между газом и приемом насоса. Тем не менее, величина давления на приеме насоса существенно влияет на технико-экономические показатели работы скважин. Приведены результаты степени влияния свободного газа на приеме насоса на рабочую характеристику средств механизированной добычи нефти: установками электроцентробежных насосов, установками штанговых насосов, струйными насосами. Оценена положительная работа газа в лифтовых трубах. Показана работа глубиннонасосного оборудования в условиях повышенного давления газа в затрубном пространстве скважин, обозначены последствия такой эксплуатации. Проанализированы известные методы снижения влияния повышенного давления газа и оценена их эффективность.

Исследованию влияния газа на работу глубинных насосов посвящено большое число работ: Антипина Ю.В., Валовского В.М., Вирновского А.С., Гафурова О.Г., Дроздова А.Н., Зубаирова С.Г., Ивановского В.Н., Ишмурзина А.А., Ляпкова П.Д., Мищенко И.Т., Муравьева И.М., Пирвердян А.М., Репина Н.Н., Уразакова К.Р. и др. Соглашаясь в большинстве своем с отрицательным влиянием газа на работу насоса, они, тем не менее, расходятся в главном – величине допускаемого газосодержания на приеме насоса, обеспечивающего его нормальную работу. Оптимальным считается для центробежных насосов газосодержание в интервале 25-30%, для штанговых – 20-25%, для струйных – весь диапазон от 0 до 100%.

Газ, попадающий в полость насоса, оказывает отрицательное влияние на эффективность работы скважинных глубинных насосов, снижая подачу нефти, то проходя через насос газ в составе смеси, оказываясь над насосом, совершает работу по подъему жидкости. Положительная работа данного эффекта тем больше, чем большее количество газа способен перекачивать насос. Для усиления эффективности работы газа в НКТ можно обеспечить ввод газа из затрубного пространства.

Основным показателем повышения эффективности работы попутного газа является уменьшение плотности смеси в подъемной колонне. Оценить газ, который за счет своего расширения совершает работу по подъему жидкости можно по результатам расчетов Ишмурзина А.А. Доля работы газа свыше 10 процентов от полезной работы насоса приходится на область газосодержания от 50 м3/м3 и выше, устьевого давления от 0,1 до 1,0 МПа, давления нагнетания насоса от 0,5 МПа и выше.

Кроме непосредственного влияния свободного газа на работу глубинного насоса, на его приеме необходимо рассмотреть влияние давления затрубного газа. Следствием высокой величины затрубного давления газа может быть чрезмерно высокое давление на приеме насоса и соответственно забойное давление. Результат – потери добычи нефти и перерасход насосно-компрессорных труб или ограниченный запас столба жидкости над приемом насоса и большое количество отказов подземного оборудования, особенно в зимнее время, на месторождениях ДАО «Юганскнефтегаз в среднем превышает в два раза, по сравнению с летним периодом.. Промысловая практика показывает, что 45% рабочего фонда скважин в зимний период времени подвержены замерзанию клапанов – это именно те скважины, где давление в затрубном пространстве повышено. В такой ситуации во избежание перегрева и плавления погружного кабеля УЭЦН и теплового заклинивания штангового насоса из-за оттеснения динамического уровня возросшим давлением газа в затрубном пространстве, газ из затрубного пространства выпускается в атмосферу при помощи вентилей, которые открываются вручную через определенное время. Данная операция ввиду неизбежности в процессе добычи нефти предусмотрена технологическим регламентом №П1-01С-001Р-001Т-001ЮЛ-09, разработанном при участии автора.

Во второй главе теоретически исследуется возможность создания локального разрежения в кольцевом канале, образованном штанговой колонной и внутренней стенкой НКТ (рис.1а) и в узком сечении сопла, вынесенного за полость НКТ посредством обводного канала и отклонителя потока (рис 1б). При движении газожидкостной смеси через сужение при ходе плунжера вверх происходит ускорение потока, которое вызывает местное уменьшение давления. Когда давление в зазоре становится меньше, чем давление в затрубном пространстве, срабатывает перепускной клапан, через который газ поступает в канал. Для этого разработана одномерная математическая модель нестационарного течения двухфазного потока в вертикальном кольцевом канале переменного поперечного сечения. Модель учитывает сжимаемость среды, относительное движение фаз, изменения режима течения (пузырьковый, снарядный), структуру потока (ламинарный, турбулентный), массообмен.

Для описания течения водогазонефтяной смеси в колонне НКТ штанговой установки и в сопле была использована одномерная математическая модель движения двухфазного потока в вертикальной трубе переменного сечения в изотермическом приближении. Основными уравнениями модели являются уравнения неразрывности для газа и жидкости, а также уравнение сохранения количества движения для смеси:

, (1)

 Схема перепуска затрубного газа. 1 – обсадная колонна, 2 – НКТ, 3 – колонна-1
Рис. 1. Схема перепуска затрубного газа. 1 – обсадная колонна, 2 – НКТ, 3 – колонна штанг, 4 – плунжер, 5 – перепускной клапан, 6 – сопло, 7 – отклонитель потока

, (2)

(3)

где – время, – вертикальная координата, – плотность (индексы G и L показывают принадлежность к газовой или жидкой фазе), – давление, – средняя по сечению скорость, – объемное содержание фазы (), – площадь поперечного сечения, , – притоки массы газа и жидкости, обусловленные фазовыми переходами (), – касательное напряжение на стенке канала, – периметр сечения канала, – гравитационная постоянная. Предполагается, что нефть и вода являются несжимаемыми и имеют одинаковую скорость движения, газ совершенный, его скорость отличается от скорости жидкости в соответствии с моделью дрейфа:

, (4)

где – скорость всплытия пузырька в неподвижной жидкости, которая определяется в зависимости от режима течения, – поправочный коэффициент. Касательное напряжение зависит от геометрии канала (рассматривались круглое и кольцевое сечения), характера потока (ламинарный–турбулентный), скорости движения штанг и средней скорости течения газожидкостной смеси

. (5)

Скорость фазовых переходов в системе нефть–газ изменяется пропорционально скорости изменения давления и массе растворенного газа в единице объема нефти.

Система уравнений (1)–(3), записанная для вертикального канала, позволяет численно моделировать течение водогазонефтяного потока в канале любого поперечного сечения, в частности, в кольцевом канале, образованном штанговой колонной, совершающей периодическое во времени перемещение вверх и вниз, и внутренней стенкой НКТ, а также в сопле.

На рис. 2 представлены результаты численного моделирования задачи для простого сопла диаметром 6 мм, расположенного на глубине 20 м от устья скважины. Представленные на рис. 2 графики распределений объемной концентрации газа, давления и скоростей относятся к фазе цикла, когда в сопле достигается максимальное разрежение, равное 1,67 МПа. При этом экстремальные значения скорости жидкости и газа равны 72 и 113 м/с соответственно. Максимальный перепад давления в сопле составляет 0,43 МПа и обусловлен не столько действием вязких сил, сколько потерями за счет ускорения (в данном случае потери на вязкое трение составляют всего около 0,15 МПа).

На рис. 3 показаны графики зависимостей минимального давления в сопле и перепада давлений от газового фактора (Г), построенные на основе

 Пространственные распределения параметров двухфазного потока в сопле в-23
Рис. 2. Пространственные распределения параметров двухфазного потока в сопле в момент максимального разрежения

данных численного эксперимента (при тех же расчетных параметрах, за исключением Г). Как следует из графиков, при снижении газового фактора от 200 до 100м3/м3 минимальное давление в сопле увеличивается (за счет падения скорости смеси), но при этом уменьшается и перепад давлений. При дальнейшем снижении газового фактора до 50 м3/м3 происходит нарушение монотонности кривых: разрежение в сопле и максимальный перепад давлений резко возрастают. Такая картина объясняется появлением обратного движения смеси в сопле (при ходе плунжера вниз перепад давлений становится отрицательным) за счет увеличения эффективной вязкости смеси.

Для изучения влияния параметров задачи (объемная концентрация газа на приеме насоса, обводненность, длина сопла и т.д.) на решение были проведены расчеты, которые показали, что наибольший отрицательный эффект при получении разрежения в сопле дают силы инерции и вязкого трения, при этом

происходит увеличение общего перепада давления в канале. Для уменьшения инерционных потерь, обусловленных сжимаемостью среды, необходимо

 Зависимость минимального давления и перепада давления в сопле от газового-24
Рис. 3. Зависимость минимального давления и перепада давления в сопле от газового фактора


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.