Введение к работе
Актуальность проблемы. Поиск и реализация новых методов повышения нефтеотдачи пластов является одним из важнейших направлений научно-технического развития нефтяной промышленности. Из всех новых методов повышения нефтеотдачи пластов наиболее подходящими в технологическом отношеїгии являются термические методы. Они могут применяться достаточно эффективно в наиболее сложных физико-геологических условиях и позволяют обеспечивать добычу нефти вязкостью 10000 мПас, увеличивая при этом конечную нефтеотдачу в кратное число раз (с 6-20% до 30-50%), что недоступно сегодня никаким другим новым методам.
В течение последних лет наблюдалось значительное совершенствование технических средств и технологий теплового воздействия на пласт. Несмотря на широкий диапазон исследований, до сих пор недостаточно полно решены вопросы сокращения потерь тепла при доставке теплоносителя в пласт и вопросы предотвращения нарушения крепи нагнетательной скважины при значительных температурных перепадах в ней. Существующее отечественное серийное оборудование для разобщения затрубного пространства не в полной мере обеспечивает надежную тепловую изоляцию, предохраняющую тепловой поток от рассеивания в окружающие горные породы, а крепь скважины от разрушения.
Изложенное обуславливает актуальность проблемы качественного совершенствования технического обеспечения процессов теплового воздействия на пласт, которое может быть достигнуто только при кратном улучшении характеристик применяемой техники на научной основе и с применением принципиально новых технических решений.
Цель работы. Повышение эффективности и качества разобщения затрубного пространства паронагнетательных скважин путем создания новых узлов уплотнения пакеров из композиций на основе термостойких полимерных материалов.
Основные задачи работы
-
Анализ известных теоретических и расчетных методов определения нагрузок сжатия, геометрических параметров, контактных напряжений уплотнителя пакера.
-
Теоретические исследования и расчеты упругого деформирования уплотнителя из эластичного полимера.
-
Выбор и обоснование области применения термостойкого полимерного материала для создания уплотнителыюго узла пакера.
4. Разработка новых технических решений, учитывающих
конструкционные особенности выбранных термостойких полимерных
материалов.
5. Анализ принципиально новых схем работы термостойких узлов
уплотнения и обоснование подходов к их разработке.
-
Разработка конструкции термостойких пакеров с использованием новых технических решений и методики их эффективного применения
-
Проведение промысловых испытаний, внедрение нового пакерного оборудования и практическая реализация основных выводов и рекомендаций.
Методы решения поставленных задач. Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и опытно-промысловых работ по общепринятым современным методикам исследований. Проведен анализ научной литературы, а также исследований, выполненных другими авторами по аналогичным темам. Теоретические исследования выполнялись комплексно: аналитическим путем с применением современных методов математического анализа, теоретической механики, нелинейной теории упругости и пластичности, методов герметологии, технической гидромеханики и др. Опытно-промышленные испытания проводились на участках Старогрозненского, Малгобек-Вознесенского, Гремихинского, Кенкиякского и др. месторождений с применением гидродинамических исследований и компьютерной обработки информации.
Научная новизна
-
Получены математические зависимости, позволяющие определить величину осевой нагрузки, необходимой для проявления эффекта уплотнения в зависимости от физико-механических свойств и геометрических размеров уплотнительного элемента пакера.
-
Получены математические зависимости, позволяющие рассчитать оптимальные значения геометрических размеров уплотнительного элемента, при которых осевая нагрузка имеет минимальное значение.
-
Описано и исследовано изменение осевой нагрузки на пакер как функции большого числа переменных в разных границах, что позволило рассчитать условия, в которых уплотнительный элемент пакера имеет характеристики, оптимальные для конкретных приложений.
-
Показано, что в зависимости от преобладающих деформаций и распределения напряжений при эксплуатации уплотнения, на его работоспособность влияет ряд свойств материала уплотнителя - прочность, твердость, эластичность. Кроме того, на свойства материала, на работоспособность оказывают влияние конструктивные особенности узла уплотнения и условия работы его деталей.
-
Получены формулы, позволившие рассчитать необходимые контактные напряжения и геометрические параметры уплотнительного узла пакера, что стало основой для создания принципиально новой уплотнителыюй системы, защищенной авторскими свидетельствами.
-
Показано, что при использовании уплотнительного узла со стволом переменного сечения и фторопластовыми и свинцовыми уплотнительными элементами реализуется требование к термостойкому пакерному оборудованию, заключающееся в аккумулировании усилия посадки и
сохранении заданных усилий осевого сжатия и радиального расширения в продолжение всего времени эксплуатации пакера.
Обоснованность и достоверность результатов диссертации.
Обоснованность результатов диссертации обеспечивается корректностью постановки задачи, точной формулировкой критериев, исследованием и сравнительным анализом существующих подходов к решению поставленной задачи, применением точных методов решения и практическим использованием полученных технических решений.
Достоверность полученных результатов подтверждается тем, что они
сделаны на базе анализа большого объема литературных источников и на
основе современных общепринятых методик лабораторных,
экспериментальных и промысловых исследований, а также тем, что новые технические решения, созданные в процессе работы и защищенные авторскими свидетельствами на изобретения, успешно прошли промысловые испытания.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Обоснованы направления создания специальной техники обеспечения процессов тепловых методов повышения нефтеотдачи пластов, в том числе при добыче высоковязких нефтей.
Определен класс материалов, перспективных для применения в качестве уплотнителей термостойкого пакерного оборудования, обоснованы преимущества использования этих материалов для создания пакеров с уплотнительными элементами из термостойких полимерных материалов и композиций на их основе.
Найдены принципиально новые технические конструктивные решения, пять из которых признаны изобретениями, определившие достижение новых качественных рубежей в развитии технических приемов разобщения затрубного пространства скважин и обеспечившие практически принцип многофункционального использования узлов и деталей скважинного оборудования.
Установлены зависимости, связывающие конструктивные параметры составных частей узлов уплотнения термостойкого пакерного оборудования. Установлены оптимальные значения конструктивных параметров технических средств разобщения затрубного пространства нагнетательных скважин для закачки теплоносителя в нефтяной пласт.
Получены расчетные зависимости, обеспечивающие возможности проектирования, установление режимов работы предложенных технических устройств и обоснованный выбор сопутствующего оборудования.
Разработаны, изготовлены, испытаны и рекомендованы в производство специальные технические устройства, обеспечивающие при эксплуатации ряд технико-технологических преимуществ.
Разработаны технологические приемы, которые включены в стандарт предприятия, утвержденный и внедренный в производственном объединении
«Грознефть». Методические рекомендации диссертационной работы внедрены на ряде предприятий отрасли.
Полученные результаты могут быть использованы на нефтегазодобывающих производствах по следующим направлениям:
при составлении технологических схем разработки месторождений тепловыми методами;
при разработке скважинных устройств для технического обеспечения новых методов повышения нефтеотдачи пластов, а точнее, при разработке пакерных устройств для разобщения затрубного пространства нагнетательных скважин по закачке теплоносителей в нефтяной пласт;
- при разработке пакерных устройств для разобщения затрубного
пространства добывающих скважин при проведении различных
технологических операций, а также изоляции нарушений обсадных колонн.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном совещании по проблеме «Создание, совершенствование производства и использования пакеров, обеспечивающие повышение производительности нефтяных и газовых скважин и охрану недр» (г. Калуш, 1990 г.), Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (г. Волгоград, 1987 г.), отраслевых научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов (г. Бугульма, 1984 г., г. Пермь, 1986 и 1990 г., г. Небит-Даг, 1988 г., г. Шевченко, 1989 г.) и краевых научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов (г. Пятигорск, 1985 г. и г. Ставрополь, 1987 г.), III региональной научно-технической конференции «Вузовская наука -Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 1999 г.), седьмой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии газовой промышленности» (Москва, 2007).
Кроме того, содержание и состояние работы обсуждалось на заседаниях Ученого Совета СевКавНИПИнефти, Научно-технического Совета ОАО «ЛУКОЙЛ».
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 13 печатных работ, в том числе 5 авторских свидетельств на изобретения и 3 работы в научно-технических журналах, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий, утвержденный ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка использованных литературных источников, включающего 168 наименований. Работа изложена на 161 страницах машинописного текста, содержит 21 иллюстрацию и 4 таблицы.
