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 |

Алгоритмы и математические модели оптимизации режимов работы скважин в условиях высокого газового фактора

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПАШАЛИ АЛЕКСАНДР АНДРЕЕВИЧ

АЛГОРИТМЫ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГО ГАЗОВОГО ФАКТОРА

Специальность 25.00.17 - «Разработка и эксплуатация нефтяных

и газовых месторождений»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Уфа - 2011

Работа выполнена в корпоративном научно-техническом центре ОАО «НК «Роснефть» и Уфимском государственном нефтяном техническом университете.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Хасанов Марс Магнавиевич.

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук, профессор

Фёдоров Константин Михайлович;

кандидат технических наук

Червякова Алла Николаевна.

Ведущее предприятие НПО «Нефтегазтехнология».

Защита состоится 9 июня 2011 года в 15-30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 6 мая 2011 года.

Учёный секретарь совета Ямалиев В.У.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Достижение максимальной производительности скважин требует постоянного мониторинга состояния скважинного фонда с целью выбора наиболее перспективных добывающих скважин для проведения операций по оптимизации уровня их добычи. Успешность управления добычей нефти зависит от надёжности процедуры оценки потенциала и эффективности эксплуатации скважин. Применение данного подхода при разработке месторождений требует регулярного (не реже одного раза в 1 - 3 мес.) проведения таких оценок по десяткам тысяч скважин на сотнях месторождений, эксплуатируемых в различных геологических и технических условиях. Так, общий фонд скважин, эксплуатируемых ОАО «НК «Роснефть», составляет на сегодняшний день более 22 тыс., общее количество эксплуатируемых месторождений - более 200. Учёт особенностей эксплуатации отдельных скважин при таких расчётах не представляется возможным (особенно геологической обстановки), в силу большой неопределённости исходных данных и их недостаточной формализуемости.

Оценка потенциала добычи нефти скважинами основывается на расчёте величины забойного давления, поэтому практически все расчёты, осуществляемые для мониторинга и оптимизации работы скважин, заключаются в гидродинамических расчётах параметров многофазного потока в их стволе.

Для проведения оперативных расчётов забойного давления по значительному фонду скважин, характеризующихся высоким газовым фактором, необходима математическая модель, позволяющая надёжно определять гидродинамические параметры газожидкостной смеси, отвечающая следующим требованиям:

- модель должна иметь простое аналитическое решение, при этом точность расчётов должна быть на уровне известных механистических моделей расчёта многофазных течений;

- модель должна быть применима для всех типичных диапазонов дебитов, обводнённости скважинной продукции, физико-химических свойств нефти и газа;

- вследствие неопределённости и недостаточной формализуемости исходных данных по фонду скважин, число основных начальных параметров для проведения расчёта забойного давления, должно быть ограничено принятием ряда допущений, не снижающих точности расчётов;

- модель должна иметь средства контроля неоднозначности и неустойчивости результатов расчётов;

- модель должна быть применима для проведения оценок на механизированных скважинах с открытым межтрубным пространством и погружным насосным оборудованием, установленным как выше, так и ниже интервала перфорации скважин;

- модель должна быть основана на современных алгоритмах расчёта многофазного потока, корректно отражающих параметры поведения многофазных сред и режимов потока.

Математические модели для расчёта забойного давления скважин, отвечающие вышеперечисленным требованиям, на сегодняшний день отсутствуют, что определяет актуальность диссертационной работы.

Цель работы. Разработка алгоритмов и математических моделей для максимизации уровней добычи нефти скважинами и повышения эффективности мониторинга фонда добывающих скважин, эксплуатируемых в условиях высокого газового фактора.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

- разработка математической модели определения газосодержания в газожидкостной смеси в зависимости от приведённой скорости движения газа;

- разработка аналитической математической модели, определяющей зависимость глубины динамического уровня в межтрубном пространстве скважин от забойного давления;

- разработка математической модели естественной сепарации газа на приёме погружного насосного оборудования при реверсивном течении жидкости и газа в интервале перфорации скважин;

- разработка алгоритмов оценки расхода сепарированного газа через межтрубное пространство скважин по данным промысловых экспериментов с отжимом динамического уровня для повышения надёжности расчёта забойного давления в скважинах с высоким газосодержанием;

- разработка и апробация компьютерных программ, реализующих перечисленные алгоритмы и методики.

Научная новизна

1 Разработана аналитическая методика расчёта забойного давления для добывающих скважин с высоким газовым фактором, позволяющая повысить точность расчётов, а также анализировать условия неоднозначности и неустойчивости, возникающие при оценке забойного давления.

2 Впервые разработана аналитическая математическая модель для расчёта коэффициента естественной сепарации газа на приёме погружного оборудования, расположенного ниже уровня интервала перфорации скважин.

3 Разработана механистическая модель анализа результатов промысловых исследований скважин методом отжима динамического уровня, характеризующихся режимами многофазного течения флюидов с высоким содержанием газа, отличающаяся использованием новых алгоритмов интерпретации результатов исследований для повышения надёжности оценки забойного давления скважин.

Практическая ценность

1 Разработаны «Методические указания по проведению и интерпретации исследования скважины методом отжима динамического уровня», «Методические указания по расчёту забойного давления добывающих скважин», «Методические указания по расчёту целевого забойного давления добывающих скважин», внедрённые в ОАО «НК «Роснефть».

2 Запатентован программный комплекс «Rosneft-Wellview», реализующий предложенные алгоритмы и модели, внедренный на добывающих предприятиях ОАО «НК «Роснефть».

Апробация работы

Содержание диссертации докладывалось на научно-технических конференциях в ОАО «НК «Роснефть», ООО «РН-Юганскнефтегаз», «РН-Пурнефтегаз», «РН-УфаНИПИнефть».

Публикации

По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе 6 работ в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и списка использованных источников из 78 наименований. Изложена на 194 страницах машинописного текста, содержит 99 рисунков, 11 таблиц и 7 приложений.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель, основные задачи исследований и методы их решения, научная новизна и практическая ценность работы. Значительный вклад в решение поставленных задач ранее был внесён Глоговским М.М., Гольдштиком М.А., Красновым В.А., Крыловым А.П., Ляпковым П.Д., Мищенко И.Т., Николаевским Н.М., Хабибуллиным Р.А., Хасановым М.М., Чарным И.А., Щелкачевым В.Н., Ansari A., Beggs H., Brill J., Caetano E., Duns H., Hagedorn A., Hasan A.R., Kabir C.S., Marquez R., Mukherjee H., Orkiszewski J., Podio A.L., Sarica C. и другими исследователями.

В первой главе представлен аналитический обзор основных направлений современного моделирования газожидкостных восходящих течений в нефтяных скважинах - моделирования с помощью эмпирических корреляций, основанного на усреднённой аппроксимации экспериментальных данных, и механистического моделирования, основанного на описании физических эффектов. Рассмотрена математическая модель потока дрейфа в скважинах. Представлен анализ точности различных методов расчёта многофазных восходящих течений. Предложена усовершенствованная корреляция для определения истинного газосодержания в добываемой нефтяными скважинами продукции в зависимости от приведённой скорости газа на основе корреляций Хасана и Кабира (Hasan and Kabir) и Подио и др. (Podio et al).

Целью аналитического обзора являлся анализ эволюции методов математического моделирования многофазных течений в стволе нефтяных скважин и поиск прототипа для разрабатываемой модели, определение основных подходов, которые могли бы быть использованы при разработке новой математической модели, пригодной для оперативного расчёта забойного давления для значительного фонда добывающих нефтяных скважин.

Основные тенденции развития моделирования газожидкостных течений в вертикальных нефтяных скважинах рассматривались с целью:

- моделирования с помощью эмпирических корреляций на основе работ Хагедорна и Брауна (Hagedorn and Brown), Данса и Роса (Duns and Ros), Оркижевски (Orkiszewski), Беггса и Брилла (Beggs and Brill), Мукерджи и Брилла (Mukherjee and Brill);

- механистического моделирования на основе работ Каетано (Caetano), Ансари (Ansari), Подио и др. (Podio et al), Хасана и Кабира (Hasan and Kabir).

По результатам анализа существующих подходов к моделированию газожидкостных течений в нефтяных скважинах были сделаны следующие выводы:

- отсутствуют математические модели, отвечающие выше перечисленным требованиям, пригодные для оперативных расчётов забойного давления в добывающих скважинах с высоким газовым фактором;

- для обеспечения точности расчётов забойного давления наиболее перспективным является механистическое моделирование аналитического типа. Из рассмотренных моделей лучшую оценку забойного давления для пузырькового и пробкового режимов течения предоставляет корреляция Хасана и Кабира (Hasan and Kabir), которую авторы предлагают представлять в виде интегральной аппроксимации. Для участков с эмульсионным режимом течения предпочтительна корреляция Подио и др. (Podio et al).

Предложена усовершенствованная корреляция для определения истинного газосодержания в зависимости от приведённой скорости газа следующего вида:

, (1)

где g - истинное объёмное содержание газовой фазы;

- приведённая скорость газа;

- объёмный расход газа в межтрубном пространстве;

- площадь сечения межтрубного пространства;

-  критическое значение приведённой скорости газа, при котором происходит переход от пузырькового и пробкового режимов течения многофазного потока к эмульсионному режиму.

Вторая глава посвящена разработке математической модели оценки забойного давления в наклонно-направленных нефтяных скважинах, характеризующихся высоким газовым фактором, и анализу возможных ситуаций неоднозначности при определении величины давления на забое скважин при наличии немонотонности зависимости динамического уровня от забойного давления.

Зачастую, непосредственный замер величины давления на забое скважин либо технически невозможен, либо нецелесообразен экономически. В этом случае оценка забойного давления производится по косвенным измерениям, наиболее распространённым вариантом которого является измерение глубины уровня жидкости в пространстве между эксплуатационной колонной и насосно-компрессорной трубой.

Сложность расчёта забойного давления механизированной скважины по замерам динамического уровня в условиях высокого газового фактора состоит в корректной оценке плотности смеси в межтрубном пространстве выше глубины спуска погружного насосного оборудования и стволе скважины ниже насоса. Основное влияние на плотность добываемой водонефтяной смеси оказывает свободный газ, всплывающий через столб жидкости и уменьшающий её плотность.

Особенностью задачи разработки математической модели являлась необходимость упрощения алгоритма расчёта ряда параметров многофазного потока с целью получения аналитического выражения, связывающего давление на приёме насоса с давлением в межтрубном пространстве и глубиной динамического уровня жидкости в скважине для обеспечения возможности проведения оперативных расчётов режимов работы большого фонда скважин.

В процессе моделирования были приняты следующие упрощения:

- в модель были введены линейные аппроксимации корреляций нелинейного вида для плотности нефти и газосодержания , где - давление в стволе скважины; - температура в стволе скважины; - объёмный коэффициент нефти; - давление насыщения нефти; - газосодержание нефти при давлении насыщения;

- распределение температуры по стволу скважины, зависимость коэффициента сверхсжимаемости и коэффициент естественной сепарации газа заменены постоянными усреднёнными значениями;

- для определения истинного газосодержания в зависимости от приведённой скорости газа использовалась усовершенствованная корреляция, построенная на основе корреляций Хасана и Кабира (Hasan and Kabir) и Подио (Podio).

Принятые упрощения и введённые линейные аппроксимации позволили описать зависимость глубины динамического уровня в межтрубном пространстве скважины от давления на данном уровне (для случая, когда давление на приёме насоса меньше, чем давление насыщения , что соответствует наличию газа в межтрубном пространстве) аналитическим уравнением:

, (2)

где - глубина приёма насоса;

- ускорение свободного падения;

- давление в стандартных условиях;

- безразмерное давление на приёме насоса (отнесенное к );

- средний коэффициент «разбухания» нефти при растворении в ней газа;

- плотность нефти в стандартных условиях;

- безразмерная приведённая скорость газа (отнесённая к относительной скорости газа );

- безразмерное давление (отнесённое к давлению в стандартных условиях);

- профильный параметр (коэффициент распределения);

- угол отклонения ствола скважины от вертикали.

Значения относительной скорости газа (скорости дрейфа) и профильный параметр зависят от режима потока (пузырьковый либо пробковый). С целью упрощения алгоритма расчёта, для всех режимов потока принималось . Относительная скорость газа для пузырькового режима рассчитывалась по формуле Harmathy:

,

а для пробкового режима по формуле:

,

где - плотность жидкости;

- плотность газа;

- коэффициент поверхностного натяжения в системе газ-жидкость;

- внутренний диаметр трубы (обсадная колонна), в которой движется поток;

- наружный диаметр внутренней трубы (НКТ) при движении в межтрубном пространстве.

Приведены результаты оценки точности расчётов давления на приёме насоса и забойного давления с помощью разработанной численно-аналитической модели, сопоставлением их с замеренными давлениями на ряде добывающих скважин Комсомольского, Фестивального, Южно-Тарасовского и Южно-Харампурского месторождений и сравнения результатов расчётов с результатами, полученными при использовании известных механистических моделей. Погрешность расчётов, полученных с помощью разработанной численно-аналитической модели, не превышала 5 % от погрешности аналогичных расчётов с помощью известных механистических моделей Ансари (Ansari) и Каетано (Caetano). Сравнение результатов расчёта забойного давления с использованием разработанной расчётно-аналитической модели со значениями давлений, замеренными в добывающих скважинах, показало, что для скважин с коэффициентом сепарации Es = 0,38 - 0,72, расхождение расчётных и замеренных значений вполне удовлетворительно и составляло ± 15 % (рисунок 1).

На рисунке 2 представлена зависимость динамического уровня от забойного давления для одной из скважин Приобского месторождения. Как видно из представленных данных, при расчёте забойного давления возможно возникновение ситуаций неоднозначности результатов расчёта, что обусловлено особенностями физико-химических свойств нефти и газа. Следует отметить, что присутствие неоднозначности значительно влияет на корректность оценки забойного давления и потенциала скважин.

 Рисунок 1 - Сравнение расчёта давления на приёме ЭЦН по разработанной-39
Рисунок 1 - Сравнение расчёта давления на приёме ЭЦН по разработанной численно-аналитической модели с экспериментальными данными для скважин с коэффициентом сепарации Es = 0,38 - 0,72

Для скважины, характеристика которой приведена на рисунке 2, зависимость динамического уровня от давления на входе в ЭЦН имеет участок немо-

 Рисунок 2 - Зависимость глубины динамического уровня от забойного давления для-40
Рисунок 2 - Зависимость глубины динамического уровня от забойного давления для скважины Приобского месторождения


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.