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 ||

Повышение эффективности эксплуатации скважин осложненных содержанием мехпримесей в продукции

-- [ Страница 2 ] --

Рассмотрен процесс выноса песка потоком жидкости в интервале «забой – прием насоса (башмак НКТ)». Такая задача позволила оценить максимальный размер частиц, способных быть вынесенными потоком жидкости при эксплуатации скважины с помощью УЭЦН. Расчеты показывают, что при эксплуатации скважины, оборудованной центробежным насосом, поступающие из пласта твердые частицы практически любых размеров способны транспортироваться до приема насоса. Так, при вязкости жидкости 2 мПас максимальный размер поднимаемых потоком частиц составляет 0.6 мм. С увеличением вязкости жидкости ее несущая способность увеличивается: при вязкости жидкости 10 мПас максимальный размер частиц достигает до 1.6 мм.

Сформулирована гидродинамическая инерционная модель процесса фильтрации упругой жидкости в поровой среде продуктивного коллектора призабойной зоны скважины. Модель основана на численном исследовании уравнения фильтрации:

(3)

с соответствующими начальными и граничными условиями. Здесь: p – давление, – коэффициент пьезопроводности, – плотность жидкости; * – упругоемкость системы; t – время, r – полярная координата. Расчеты по модели проводились численными методами с привлечением ПЭВМ.

Анализ гидродинамической модели показал влияние силы инерции на процесс перераспределения давления при радиальной фильтрации упругой вязкой жидкости в осесимметричном изотропном поровом пространстве, обладающем свойствами реального нефтенасыщенного коллектора. Это связано с относительно низкими значениями коэффициента проницаемости, а также невозможностью мгновенного создания имеющимися насосными системами значительных градиентов давления в прискважинной зоне.

Задача переноса твердой взвеси в продуктивном пласте может быть сведена к отысканию функции концентрации КВЧ в жидкости, насыщающей коллектор. Принято, что твердая механическая взвесь в пористой среде перемещается по механизму случайных блужданий, для описания которого можно использовать вероятностные представления, а также методы статистических испытаний. Анализ механизма миграции взвеси в потоке жидкости показывает однотипность данного процесса диффузии. С точки зрения элементарного действия диффузия есть случайное блуждание. Классическим примером задачи такого рода является задача о броуновском движении небольших частиц, взвешенных в жидкости.

Основываясь на этих предпосылках и используя уравнение диффузии, записанное с учетом времени релаксации относительно концентрации взвеси:

(4)

создана модель переноса мехпримеси в ПЗС. Здесь C – концентрация взвеси; D – коэффициент диффузии; vr – скорость распространения вещества; t – время; x –координата.

В качестве граничных применены условие поступления частиц в скважину и отсутствие изменения концентрации в границе контура питания. Решалась данная физико-математическая задача, по аналогии с гидродинамической моделью, численными методами.

Влияние наличия мехчастиц в продуктивном коллекторе на характер фильтрации флюида предложено учитывать сопряжением разработанных гидродинамической и физико-математической моделей путем введения двух дополнительных функций:

  • зависимости доли частиц, адсорбированных на поверхность порового пространства, от концентрации взвеси в жидкости. В качестве подобной функции решено использовать изотерму Лангмюра;
  • зависимости проницаемости коллектора от количества адсорбированного материала.

Алгоритм расчета КВЧ в продукции скважины сводится к следующей последовательности действий.

  1. По имеющейся фактической динамике дебита выполняется расчет поля давления жидкости в ПЗС (уточняются фильтрационно-емкостные характеристики продуктивного коллектора).
  2. Поверяется условие механического разрушения продуктивного коллектора и рассчитывается поле начальных концентраций подвижной взвеси.
  3. Рассчитывается поле концентраций мехвзвеси в ПЗС. Определяется КВЧ в продукции скважины.
  4. Определяется уменьшение проницаемости коллектора исходя из концентрации мехвзвеси.
  5. Повторение гидравлического расчета (п. 1). Настройка на фактические данные о КВЧ в продукции путем модифицирования функции проницаемости пласта от текущей концентрации взвеси и величины параметра коэффициента диффузии.

Адаптированная по приведенному выше алгоритму модель пригодна для прогноза КВЧ в продукции скважины при заданном режиме работы (дебит жидкости, забойное давление). Также с помощью данной модели можно определить время работы скважины до достижения предельно низкого пластового давления, приводящего к широкомасштабному разрушению коллектора в ПЗС.

В четвертой главе разработаны рекомендации по расчету технологических режимов работы скважин с высоким содержанием КВЧ в продукции. Предложена система управления процессом эксплуатации скважин, заключающаяся в регулировании их производительности и позволяющая продолжительно эксплуатировать скважины, предрасположенные к разрушению коллектора (в том числе стимулированные гидроразрывом).

Объектом управления является призабойная зона скважины (продуктивный коллектор), возмущающим (входным) воздействием – изменение давления на забое вследствие откачки насосом жидкости из скважины, а реакцией системы на воздействие – приток из пласта в скважину жидкости, содержащей продукты разрушения коллектора. Одна из главных ролей в системе отводится регулятору, с которым связана выработка и осуществление управляющих воздействий, а именно:

  • отслеживание реакции на управляющее воздействие: сбор, передача и обработка информации о текущем состоянии. Реакцией на возмущающее воздействие является приток жидкости из пласта в скважину, и, как следствие, изменение КВЧ в данном потоке. Поэтому текущее состояние системы наиболее просто отслеживать именно по динамике изменения количества КВЧ.
  • принятие решения о корректировке текущего управляющего воздействия. Необходимость корректировки возникает при угрозе возникновения факторов, осложняющих процесс эксплуатации: превышение КВЧ предельно-допустимого значения, разрушение рабочих органов центробежного насоса, снижение пластового давления в ПЗС ниже предельного значения и т. д.
  • передача управляющего воздействия и преобразование его в форму, непосредственно воспринимаемую объектом управления. Продуктивным коллектором в призабойной зоне воспринимается изменение давления флюида, зависящее от производительности центробежного насоса. Значит, именно производительность насоса, на основе принятого решения, является регулятором, изменяющим режим работы скважины.

На скважине изменение производительности насоса производится различными способами: от включения и выключения УЭЦН в заданные промежутки времени, а также штуцирования потока жидкости в выкидной линии до технологически и технически сложных конструкций.

Система управления включает в себя рассмотренные в настоящей работе физико-математическую и гидродинамическую модели и позволяет предсказывать реакцию объекта управления на управляющее воздействие, а также прогнозировать необходимость корректировки управляющего воздействия.

Решением поставленной задачи управления является режим эксплуатации скважины – последовательность управляющих воздействий, причем важна не только величина управляющего воздействия (на сколько необходимо изменить производительность УЭЦН), но и последовательность моментов времени, на которые приходятся эти воздействия.

Рассмотренную систему управления можно трансформировать в задачу оптимального управления процессом эксплуатации скважины, заключающуюся в отыскании оптимума целевой функции. В качестве такой функции предложено принимать или величину КВЧ в продукции скважины, или число управляющих воздействий, что соответствует в некоторых случаях задаче минимизации количества пусков УЭЦН.

В качестве примера реализации системы управления приводятся расчет по описанным в работе моделям для скв. 13121 ЮЛТ Приобского месторождения, эксплуатирующей пласт АС12 (см. рисунок 3).

Для заданной динамики дебита рассчитано среднемесячное забойное давление, а также среднее КВЧ в продукции. В результате получено, что на скважине дебит завышен, то есть созданы условия для разрушения коллектора. Также по настроенной на факт модели выполнялись прогнозные расчеты КВЧ, исходя из заданной динамики дебита. Рекомендацией по данной скважине является ее эксплуатация с дебитом жидкости не превышающем 24 м3/сут, что приведет к снижению КВЧ в продукции до 20 мг/л, что, в свою очередь, будет соответствовать режиму оптимального условия работы рабочих колес и направляющих аппаратов УЭЦН.

Рисунок 3. Динамика технологических параметров работы скважины 13121 ЮЛТ Приобского месторождения (точки – фактические значения): дебит жидкости; КВЧ; забойное давление

Результаты апробации рекомендаций по 5 скважинам c ЭЦН Приобского месторождения приведены в таблице 1.

Таблица 1- Результаты внедрения рекомендаций автора

№ п/п Параметры работы скважины перед внедрением Параметры работы скважины после внедрения
Номер скважины Qж м3/сут КВЧ мг/л В, % Qж м3/сут КВЧ мг/л В, %
1 12173 38 212 1,8 22 48 1,2
2 15483 112 290 26 59 76 18
3 16014 39 192 0,5 26 34 1,6
4 13193 48,4 142 2,9 33,5 30 2,1
5 13180 51,3 308 5,3 30 132 2

Основные выводы и рекомендации

Твердые взвеси в продукции скважин являются проблемой для нефтяной отрасли в течение многих десятилетий. Задача заключается не только в предупреждении или остановке поступления песка, но и в необходимости поддержания рентабельного дебита скважин.

Для достижения поставленной цели в диссертации были решены следующие задачи.

  1. Установлено, что доля ремонтов скважин с УЭЦН, связанная с наличием в продукции мехпримесей, составляет 1015%; за последние 10 лет количество отказов по данной причине возросло в 2 раза. Скважины с высоким КВЧ составляют основу часто ремонтируемого фонда (МРП < 180 сут). Анализ современных способов прогнозирования мехпримесей и технологий эксплуатации скважин с большим КВЧ показал, что решения сводятся к поиску корреляций между КВЧ и параметрами работы скважин. Наиболее развитыми являются методы защиты от песка штанговых насосов, а эффективных технологий эксплуатации скважин с УЭЦН в настоящее время нет.
  2. Исследование минералогического состава мехпримесей показало, что более 30% из них приходится на частицы породы. Потеря коллектором прочности происходит, в основном, за счет разрушения пластового цемента. Прочность образцов керна на 2530% выше прочности пород в массиве, что приводит к неверной оценке предельного давления флюида в пористой среде. Исследования по коэффициенту Пуассона, зависящего от состава породы и упаковки зерен, показали его определяющую роль в значении допустимого давления флюида, не приводящего к разрушению пористой среды. Сравнение фактических забойных давлений скважин с предельно-допустимыми расчетными значениями (исходя из лабораторных исследований предела прочности керна) подтверждает вероятность разрушения породы коллектора в ПЗС под действием высокой сжимающей нагрузки от вышележащих пород.
  3. Установлено, что максимальный размер частиц, способных быть поднятыми до приема УЭЦН, составляет 0.6 мм при скорости потока выше 0,2 м/с (при вязкости нефти 2 мПас). С повышением вязкости жидкости ее несущая способность улучшается.
  4. Разработана гидродинамическая инерционная модель фильтрации упругой жидкости в поровом пространстве ПЗС. Анализ модели показал незначительное влияние инерции на процесс изменения давления при радиальной фильтрации упругой жидкости. Это связано с относительно низкими значениями коэффициентов пьезопроводности и упругоемкости коллекторов, а также невозможностью мгновенного создания имеющимися техническими средствами значительных градиентов давления. Доказана аналогия между распространением твердой взвеси в жидкости, насыщающей пористую среду, и диффузией. Это позволило разработать физико-математическую модель миграции твердых частиц в потоке жидкости, фильтрующейся через пористую среду. Модель учитывает адсорбцию взвеси на поверхности коллектора (изменение проницаемости среды из-за уменьшения эффективной пористости) и позволяет получить изменение КВЧ в пластовом флюиде во времени и пространстве.
  5. На базе модели составлены рекомендации по выбору режима эксплуатации скважин с высоким содержанием КВЧ в продукции. Промысловые испытания рекомендаций по скважинам №№ 12173,15483,16014, 13193, 13180 подтверждают возможность продолжительной работы и увеличения дебита скважин, эксплуатирующих, предрасположенный к разрушению коллектор (в том числе стимулированный гидроразрывом).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Шмидт А.А. Влияние работы УЭЦН на объем мехпримесей в продукции скважины. «Труды молодых ученых СамГТУ» Самара: СамГТУ, 2005.-С.384-386.

2. Шмидт А.А. О влиянии форсированных отборов жидкости на скважинах оборудованных УЭЦН. Известия Самарского Научного Центра Российской Академии Наук. Спец. вып. «Проблемы нефти и газа» – Самара: СНЦ РАН, 2005.- С. 54-56.

3. Шмидт С.А., Парфенов Б.В., Эйдельман И.Я., Шмидт А.А. Эксплуатация добывающих скважин Южной лицензионной территории Приобского месторождения в условиях выноса механических примесей. Нефтяное хозяйство. – М.: 2006.- №12.- С.68-70.

4. Шмидт А.А. Анализ работ по улучшению состояния призабойной зон скважин на месторождениях ОАО «Самаранефтегаз», Тезисы докладов научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов. Сборник трудов международного научного симпозиума №6., Томский государственный университет, г. Томск, 2002. - С.12-13.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.