Введение к работе
Актуальность темы исследования. Потенциальный объем трудноизвлекаемых запасов нефти в России по экспертным оценкам составляет более 60% отечественной сырьевой базы, и их доля непрерывно растет.
В настоящее время добывается не более 20 млн тонн в год (около 4% от общего объема) трудноизвлекаемых запасов нефти, что объясняется отсутствием технологических решений по эффективному нефтеизвлечению для сложных геолого-физических условий, ограниченностью соответствующих научно-исследовательских работ, а также большими затратами, особенно в начальный период разработки месторождения.
Для действующих нефтегазовых месторождений повышение добычи трудноизвлекаемой нефти возможно как за счет наращивания работающего фонда скважин, так и за счет применения эффективных передовых технологий повышения нефтеотдачи пластов. Одним из наиболее перспективных направлений повышения продуктивности нефтегазовых месторождений является совершенствование методов перфорации скважин и технических средств для вторичного вскрытия пластов.
Главной задачей вторичного вскрытия нефтегазоносных пластов является формирование качественной гидродинамической связи между продуктивным пластом и самой скважиной, без негативного воздействия на коллекторские качества призабойной зоны пласта, без нарушения целостности обсадных колонн и цементного кольца. С этой позиции наиболее продуктивно использование сверлящей перфорации. Однако, такой способ перфорации скважин не нашел широкого применения вследствие больших затрат времени на перфорацию каналов и малой глубины перфорационных каналов, что не позволяет обеспечить высокую производительность и ухудшает качество гидродинамической связи пласта-коллектора со скважиной.
Современный этап разработки и совершенствования техники для нефтегазового комплекса сопровождается все большим распространением в составе скважинной аппаратуры гидроагрегатов, что обуславливается надежностью и компактностью гидрооборудования. Точность прогнозирования параметров рабочих процессов гидравлических машин определяется не только применением передовых конструкторских и технологических решений, но и обоснованностью используемой методики расчета параметров и характеристик гидросистемы на этапе моделирования новой аппаратуры.
Все это определяет актуальность работ в области разработки перспективных электрогидравлических сверлящих перфораторов для вторичного вскрытия нефте- и газоносных пластов и методики расчета параметров и характеристик гидроагрегатов, входящих в состав сверлящих перфораторов.
В данной работе разработан перспективный электрогидравлический сверлящий перфоратор (ЭГСП) и методика моделирования его рабочих процессов, обеспечивающая рациональный выбор рассчитываемых параметров и характеристик сверлящих перфораторов.
Диссертационная работа выполнена в Уфимском государственном авиационном техническом университете в рамках реализации госбюджетной НИР «Разработка методологических основ проектирования технических комплексов с интеллектуальными системами управления для освоения скважинного фонда нефти и газовых месторождений».
Степень разработанности темы исследования. Вопросами разработки аппаратуры для вторичного вскрытия продуктивных пластов занимались Андреев В. Е., Батурин Ю. Е., Вадецкий Ю. В., Гноевых А. Н., Зозуля Г. П., Мищенко И. Т., Филиди Г. Н., Хайрединов Н. Ш., Щелкачев В. Н., Яруллин Р. К., Douglas E., Harris М. Н., Meddes R. V., Hinton M. J. и др. Заметный вклад в развитие теории проектирования гидравлических машин и гидрофицированной техники внесли Баранов В. Н., Барышев В. И., Грибков А. М., Захаров Ю. Е., Каверзин С. В., Караханьян В. К., Попов Д. Н., Спиридонов Е. К., Фомичев В. М., Шумилов И. С., Brian R., Keith E., Kenric Rose, и др.
Вместе с тем, обзор работ по проблемам проектирования и расчета скважинной аппаратуры показывает, что современный уровень развития методологии моделирования сверлящих перфораторов характеризуется недостаточно проработанными теоретическими и экспериментальными исследованиями, необходимыми для моделирования параметров и характеристик технических средств перфорации обсаженных скважин, что обуславливает определенные трудности при проектировании новой аппаратуры.
Цель и задачи работы. Цель работы - разработка и исследование перспективного ЭГСП для вторичного вскрытия нефтегазоносных пластов.
Исходя из цели работы, для ее реализации были определены и решены следующие задачи:
-
Аналитический обзор методов и средств вторичного вскрытия пластов и разработка новых принципиальных схемных решений перспективного ЭГСП.
-
Разработка математической модели ЭГСП с учетом влияния характерных нелинейностей, стохастического характера разброса параметров, внешних и внутренних факторов перфоратора.
-
Идентификация характеристик сверлящего перфоратора и верификация результатов математического моделирования ЭГСП.
-
Разработка методики моделирования рабочих процессов ЭГСП.
Научной новизной работы являются:
- математическая модель электрогидравлического сверлящего перфоратора, заключающаяся в моделировании статических и динамических характеристик гидроагрегатов, входящих в состав сверлящего перфоратора, учитывающая нагрузку на буровом инструменте, люфты в силовой проводке подачи бурового инструмента, силы трения в элементах гидросистемы перфоратора, позволяющая обеспечивать при разработке необходимые требования к энергетическим характеристикам, к качеству переходных процессов;
методика идентификации параметров и характеристик электрогидравлического сверлящего перфоратора, определяющая перечень, последовательность и содержание структуры работ идентификации параметров и характеристик сверлящего перфоратора, отличающаяся возможностью учета при моделировании сверлящего перфоратора случайного разброса стохастических коэффициентов, входящих в математическую модель, позволяющая повысить точность определения параметров и характеристик аппаратуры;
методика моделирования рабочих процессов электрогидравлического сверлящего перфоратора, включающая этапы моделирования, исследования и прогнозирования параметров и характеристик гидроагрегатов перфоратора, позволяющая повысить качество проектирования и сократить сроки доводки сверлящих перфораторов для вторичного вскрытия пластов;
новая принципиальная схема электрогидравлического сверлящего перфоратора по патентам № 2465443, № 2466269, отличающаяся наличием электрогидравлической системы фиксации и подачи бурового инструмента, энергонезависимой системы расфиксации аппаратуры в скважине, модульной конструкцией, позволяющая обеспечить высокую производительность и надежность работы электрогидравлического сверлящего перфоратора в скважине.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследований, разработанная методика моделирования рабочих процессов ЭГСП внедрены в промышленности - Уфимское управление геофизических работ ОАО «Башнефтегеофизика» (г. Уфа), ОАО «УАП «Гидравлика» (г. Уфа), ООО НПП «Керн» (Уфа) и в учебный процесс УГАТУ (Уфа). Разработанные методика моделирования рабочих процессов сверлящих перфораторов и программные продукты для ее реализации позволяют повысить эффективность этапов проектирования ЭГСП и снизить временные затраты на их доводку и имеют практическую ценность, а именно позволяют:
-
определять конструктивные параметры, статические и динамические характеристики ЭГСП при моделировании, проектировании и доводке с целью повышения качественных и количественных показателей при вторичном вскрытии продуктивных пластов ЭГСП;
-
рассчитывать статические и динамические характеристики ЭГСП с учетом влияния нагрузки на буровом инструменте, люфтов в силовой проводке подачи бурового инструмента, сил трения в элементах гидроагрегатов, входящих в состав перфоратора, и стохастического характера изменения параметров гидропривода ЭГСП.
Методология и методы исследования. Работа основывается на использовании общепринятых методов исследования гидравлических машин, проведении стендовых испытаний, определении параметров и характеристик гидроагрегатов. Теоретические исследования базируются на научных основах теории гидро- и машиностроения, положений классической и экспериментальной гидромеханики. Использованы численные методы, методы дифференциального и интегрального исчислений, методы математической статистики и теории вероятностей.
Положения, выносимые на защиту:
-
-
Новые принципиальная и компоновочная схемы ЭГСП.
-
Математическая модель, позволяющая моделировать, исследовать и прогнозировать работу сверлящего перфоратора с возможностью учета люфтов в силовой проводке, сил трения и других нелинейностей.
-
Результаты идентификации характеристик ЭГСП и верификации математической модели ЭГСП.
-
Методика моделирования рабочих процессов ЭГСП.
Степень достоверности результатов работы подтверждается корректным использованием общепринятых методов исследования гидравлических машин, использованием признанных научных положений, апробированных методов исследования, применением математического аппарата, отвечающего современному уровню, обработкой, обобщением и сравнением результатов экспериментальных исследований с результатами теоретических исследований, апробацией основных положений работы в научных публикациях автора и на научно-технических конференциях.
Апробация результатов работы. Результаты исследований, проводимых при выполнении данной работы, докладывались и обсуждались в ходе выполнении НИОКР по программе Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «У.М.Н.И.К.-2010», на семинарах и конференциях различного уровня: на III Всероссийской молодежной научно- практической конференции «Вакуумная, компрессорная техника и пневмоагрегаты» (МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, 2010 г.), на международном инновационном форуме «Селигер-2010», на Всероссийских молодежных научных конференциях «Мавлютовские чтения» (УГАТУ, Уфа, 2010 - 2012 гг.), на молодежной научно-практической всероссийской конференции «Современные исследования в области естественных и технических наук: междисциплинарный поиск и интеграция» (ТГУ, Тольятти, 2012 г.), на 2-й научно-практической школе-семинаре молодых ученых «Поддержка развития внутрироссийской мобильности научных и научно- педагогических кадров путем выполнения научных исследований молодыми учеными и преподавателями в научно-образовательных центрах» (ТГУ, Тольятти, 2012 г.).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, содержит 150 страниц машинописного текста, библиографический список из 101 наименования.
Похожие диссертации на Перспективный электрогидравлический сверлящий перфоратор для вторичного вскрытия нефтегазоносных пластов : разработка и исследование
-
