Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор физических принципов и методов реализации волнового воздействия на пласт 10
1.1. Физические основы волнового воздействия на пласт 11
1.1.1. Исторические предпосылки применения технологии волнового воздействия на пласт 12
1.1.2. Влияние волнового излучения на элементы пластовой системы 14
1.1.3. Особенности возбуждения автоколебаний и резонанса в геофизической среде 18
1.2. Методы волнового воздействия на пласт и результаты их опытно промышленных испытаний 20
1.2.1. Невзрывные источники упругих волн 20
1.2.2. Методы волнового воздействия на околоскважинную зону пласта 24
1.2.3. Методы волнового воздействия на межскважинную зону пласта
1.2.3.1. Методы вибросейсмического воздействия с земной поверхности и с устья скважин 29
1.2.3.2. Методы внутрискважинного сейсмоакустического и вибросейсмического воздействия 35
1.2.3.2.1. Установка ударного внутрискважинного вибросейсмического воздействия на пласт, осуществляемого при одновременной эксплуатации скважины УЭЦН 37
Выводы к главе 1. Определение цели и постановка задач работы 41
Глава 2. Оптимизация конструкций элементов УВСВ и модернизация компоновки внутрискважинного оборудования для ВСВ на залежь 44
2.1. Оптимизация конструкции центратора штока 46
2.2. Оптимизация конструкции ударника в сборе 48
2.3. Оптимизация конструкции подъемного узла 55
2.4. Модернизация компоновки внутрискважинного оборудования для ВСВ на залежь 58
Выводы к главе 2 61
Глава 3. Разработка методики расчета установки ударного внутрискважинного вибросейсмического воздействия на пласт 62
3.1. Анализ и моделирование рабочего цикла УВСВ 62
3.2. Моделирование процесса падения ударника в сборе и плунжера в стесненных условиях в восходящем потоке скважинной продукции
3.3.1. Моделирование процесса падения ударника в сборе 80
3.3.2. Моделирование процесса падения плунжера 86
3.3. Разработка алгоритма проектирования УВСВ. Проектирование опытного образца и лабораторной модели УВСВ 91
3.3.1. Алгоритм проектирования УВСВ 91
3.3.2. Результаты проектирования опытного образца и лабораторной модели УВСВ
3.4. Алгоритм построения частотной характеристики УВСВ 108
3.5. Область рационального использования УВСВ 111
3.6. Оценка напряженно-деформированного состояния крепи скважины, реализуемого при проведении ударного внутрискважинного ВСВ 121
3.6.1. Постановка и решение тестовой задачи. Предварительная верификация процедуры получения решений в Ansys Workbench 123
3.6.1.1. Численное решение тестовой задачи в Ansys Workbench 123
3.6.1.2. Аналитическое решение тестовой задачи 127
3.6.1.3. Анализ сходимости аналитического и численного решений тестовой задачи 134
3.6.2. Метод предварительной оценки НДС крепи скважины, возникающего при проведении ударного внутрискважинного ВСВ 137
3.6.2.1. Построение модели ударного воздействия на забой скважины и получение решения в Ansys Workbench 137
3.6.2.2. Анализ результатов расчета 139
Выводы к главе 3 141
Глава 4. Экспериментальные исследования рабочих характеристик УВСВ и влияния ударного воздействия на коэффициент вытеснения нефти из образца карбонатной породы с гидрофобной матрицей 143
4.1. Описание экспериментального стенда и режимов его работы 143
4.1.1. Функциональная схема и технические характеристики стенда 143
4.1.2. Режимы работы стенда 147
4.2. Программа, методика проведения и результаты экспериментальных исследований 151
4.2.1. Исследование рабочих характеристик УВСВ 153
4.2.1.1. Экспериментальная оценка влияния величины контактного угла седла клапана и силы сцепления подъемного узла на ширину рабочего диапазона УВСВ 153
4.2.1.2. Экспериментальное построение частотных характеристик опытного образца и лабораторной модели УВСВ 156
4.2.1.3. Экспериментальное определение времени падения ударника в сборе и плунжера при различных расходах рабочей среды 158
4.2.2. Фильтрационный эксперимент по оценке влияния ударного воздействия, генерируемого УВСВ, на коэффициент вытеснения нефти из трещиноватой карбонатной породы с гидрофобной матрицей 161
4.2.2.1. Описание основных узлов и элементов лабораторно-исследовательского блока и их назначение 161
4.2.2.2. Подготовка модели пласта к эксперименту 165
4.2.2.3. Эксперимент по вытеснению нефти пластовой водой 167
4.2.2.4. Методика оценки погрешностей при расчете величины прироста коэффициента вытеснения нефти 169
4.2.2.5. Результаты фильтрационного эксперимента 171
Выводы к главе 4 176
Основные выводы и результаты 177
Литература 179
Приложения 195
- Методы вибросейсмического воздействия с земной поверхности и с устья скважин
- Анализ и моделирование рабочего цикла УВСВ
- Область рационального использования УВСВ
- Описание основных узлов и элементов лабораторно-исследовательского блока и их назначение
Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время в России наметилась тенденция применения технологии волнового воздействия на залежь, как метода увеличения нефтеотдачи (МУН), вследствие простоты реализации и относительно невысоких эксплуатационных затрат. В их основе лежат различные способы генерации и направленной передачи энергии от источника в пласт в виде распространяющихся возмущений.
Достижение максимальной энергоэффективности вибросейсмического
воздействия (ВСВ) возможно при применении устройств ударного внутрисква-жинного вибросейсмического воздействия на залежь (УВСВ), обеспечивающих минимизацию потерь волновой энергии и активацию не только процессов, приводящих к увеличению нефтеотдачи и обладающих эффектом последействия, но также и процессов, для которых необходимо постоянное волновое излучение.
Известные на сегодняшний день модификации УВСВ обладают рядом конструктивных недостатков, существенно ограничивающих их межремонтный период и рабочий диапазон. Также, одним из факторов, препятствующих промышленному применению УВСВ, является отсутствие полноценной методики расчета и алгоритма проектирования, исходя из условия проведения эффективного воздействия на пласт при сохранении целостности крепи скважины.
Таким образом, решение задач по совершенствованию установки вибросейсмического воздействия на залежь, а также разработки методики расчета и алгоритма ее проектирования предопределяет высокую актуальность и значимость диссертационного исследования.
Степень разработанности
К началу работы над диссертацией известны наиболее значимые научные положения, в которых детально разъясняются физические основы, и дается оценка влияния волнового излучения на процессы фильтрации флюидов в пористых средах и геомеханическое состояние пластовой системы. Однако в них отсутствуют сведения о методиках расчета установок внутрискважинного вибросейсмического воздействия на залежь и их проектировании.
Область исследования соответствует паспорту специальности 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы»: п.5 – разработка научных и методологических основ повышения производительности машин, агрегатов и процессов и оценки их экономической эффективности и ресурса; п.6 – исследование технологических процессов, динамики машин, агрегатов, узлов и их взаимодействия с окружающей средой.
Цель работы – разработка технических и методологических решений по расширению рабочего диапазона установки ударного внутрискважинного вибросейсмического воздействия на залежь.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
1 Аналитический обзор физических принципов, методов и устройств для
реализации волнового воздействия на пласт.
-
Оптимизация конструкций элементов УВСВ по критериям минимизации износа внутренней поверхности корпуса подъемного узла и максимизации рабочего диапазона УВСВ и долговечности штока ударника, а также модернизация компоновки внутрискважинного оборудования для ВСВ на залежь.
-
Разработка методики расчета усовершенствованной установки ударного внутрискважинного вибросейсмического воздействия на залежь.
-
Экспериментальные исследования рабочих характеристик УВСВ и оценка влияния параметров подъемного узла (контактного угла, силы сцепления) на ширину рабочего диапазона установки.
Научная новизна
1 Разработаны и верифицированы математические модели процессов падения
ударника в сборе и плунжера в стесненных условиях в восходящем потоке
скважинной продукции, на основе которых впервые получены кинематические
зависимости скоростей и положений ударника в сборе и плунжера УВСВ от времени
их движения.
2 Установлено, что при уменьшении величины контактного угла седла
клапана УВСВ с 30о до 10о достигается более чем двукратное расширение ее
рабочего диапазона по расходу среды, в частности, у опытного образца УВСВ – с
(40140) до (40300) м3/сут, у лабораторной модели УВСВ – с (35170) до (35320) м3/сут.
Методы исследования
Решение задач диссертационного исследования осуществлялось теоретически и экспериментально при помощи стандартных и самостоятельно разработанных методик, специально созданного аттестованного экспериментального стенда, методов статистической обработки данных и применения современных программных комплексов и систем компьютерного моделирования.
Теоретическая и практическая значимость работы
Теоретическая значимость работы заключается в научном обосновании выбора оптимальных параметров конструкции УВСВ, исходя из условий обеспечения ее долговечности и эффективности.
рактическая значимость диссертационной работы заключается в следующем:
-
Разработана новая модификация УВСВ, имеющая улучшенные эксплуатационные характеристики, получен патент РФ на изобретение № 2515623.
-
Результаты диссертационного исследования по части моделирования рабочего цикла, проектирования и оптимизации конструкции УВСВ приняты ко внедрению» в АО «Новомет- ермь», а по части экспериментального исследования влияния ударного воздействия УВСВ на величину нефтеотдачи – в ООО СК «РУСВЬЕТ ЕТРО.
Положения, выносимые на защиту:
-
Оптимизированные конструкции центратора штока, подъемного узла и ударника в сборе, обеспечивающие увеличение долговечности и расширение рабочего диапазона УВСВ.
-
Методика расчета и алгоритм проектирования УВСВ, позволяющая определять основные параметры установки под конкретные условия ее эксплуатации.
-
Результаты стендовых исследований рабочих характеристик опытного образца и лабораторной модели УВСВ, подтверждающих эффективность
предложенного способа оптимизации конструкции подъемного узла и высокую степень согласованности расчетных и экспериментальных характеристик УВСВ.
4 Метод оценки напряженно-деформированного состояния крепи скважины, возникающего в процессе проведения ударного внутрискважинного ВСВ, который позволяет определить значение предельно допустимого ударного импульса УВСВ, обеспечивающего сохранение целостности крепи скважины
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность результатов работы обеспечивалась применением широко
апробированных, а также оригинальных методик, экспериментальных
исследований, осуществленных на оборудовании, прошедшем государственную
поверку. еред построением графических зависимостей все экспериментальные
данные обрабатывались с использованием подходов теории ошибок эксперимента и математической статистики.
Основные положения и результаты диссертационного исследования доклады
вались и обсуждались на: III-й Международной конференции «Воздействие упругих
волн на флюиды в пористых средах (EWEF – 2012)» (г. Москва, 2012 г.); конферен
ции «Технические диалоги ОАО «Газпром» и опорных вузов» (г. Москва, 2014 г.);
65-й Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ - 2011»
(г. Москва, 2011 г.); научно-технических советах АО «Зарубежнефть», АО
«Новомет- ермь», ОАО «ОКБ БН КОННАС» (г. Москва, 2014 г.); научных
семинарах кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений» и кафедры «Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (г. Москва, 2013 – 2014 гг.); заседании кафедры «Технологические машины и оборудование» УГНТУ (г. Уфа, 2016 г.); научных сессиях аспирантов РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (г. Москва, 2012 – 2014 гг.).
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в 8 работах, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. олучен 1 патент РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения,
списка использованных источников, включающего 146 наименований, содержит 198 страниц машинописного текста, 71 рисунок, 31 таблицу и 2 приложения.
Методы вибросейсмического воздействия с земной поверхности и с устья скважин
Методы ВСВ на пласт или многопластовую систему с земной поверхности и с устья скважин осуществляются посредством генерации сейсмических волн специальными виброисточниками, расположенными на поверхности и передающими упругие волны в пласт соответственно через массив горных пород или волновод, расположенный в скважине.
Первые опытные исследования метода ВСВ с земной поверхности были проведены на месторождении Абузы ПО «Краснодарнефтегаз» в 1986 году. Для этой цели были отобраны два участка. На первом участке воздействие осуществлялось с использованием двух наземных вибраторов СВ-20/60, а на втором – с применением наземного виброисточника ЦВО-100, развивающего усилие до 1 МН и частоту до 10 Гц. На протяжении исследований на втором участке проводился ежедневный мониторинг показателей работы трех скважин, находившихся на расстоянии 1,1 – 2,5 км от ЦВО-100. Отбор проб показал, что в процессе ВСВ происходила значительная дегазация нефти, при этом зафиксировано снижение обводненности в среднем по трем скважинам на 25%, а максимальное снижение составило 50% в одной из них [83].
Впоследствии серийное производство наземных виброисточников большой мощности (амплитуда усилия до 0,6 МН, диапазон частоты 8-18,5 Гц) блочной конструкции модульного типа было освоено в АО «ЭЛСИБ». Опытно промышленные испытания данной технологии проводились с 1987 по 1995г. на месторождениях Абузы (ПО «Краснодарнефтегаз»), Правдинском (ОАО «Юганскнефтегаз»), Северо-Салымском (ОАО «Юганскнефтегаз»), Суторминском (ОАО «Ноябрьскнефтегаз»), Мордово-Кармальском (ОАО «Татнефть»), Мортымья-Тетеревском (ТПП «Урайнефтегаз») [107].
Реализация ВСВ осуществлялась путем тщательного подбора для каждого объекта таких режимно-технологических параметров как частоты и амплитуды воздействия, а также временной характеристики цикла обработки. Так как использовалась группа виброисточников (3-4), то проводилось их фазовое рассогласование. Принципиальная схема комплекса по проведению группового ВСВ с земной поверхности представлена на рисунке 1.8.Подробные результаты ОПИ ВСВ с земной поверхности приводятся в работе [16]. Рассмотрим некоторые из них.
Строго говоря, результаты разнятся, причем наилучшие из них наблюдались по Северо-Салымскому месторождению (см. рис. 1.9).
Технологическая эффективность по Правдинскому месторождению анализировалась по 63 скважинам на опытном участке, который располагался на расстоянии от 1 до 3 км до условного эпицентра искусственного возбуждения. Общий анализ показал, что средний дебит по жидкости почти не изменился, а дебит по нефти вырос, за счет снижения обводненности с 91,88% до 83,32%. По отдельно взятым скважинам доля воды уменьшилась на 12-18%. Итого, за счет ВСВ дополнительно добыто около 39700 тонн нефти.
На Северо-Салымском месторождении было проведено два цикла ВСВ в районе 3-го куста. Воздействие осуществлялось двумя виброисточниками с амплитудой силы 500 кН и частотах 13-14 Гц, сеансами длительностью 40-60 мин с 20-30 мин перерывами. Общая суточная продолжительность работы вибраторов была порядка 6-7ч. Анализ влияния ВСВ на показатели разработки выполнен по динамике среднесуточного дебита по нефти. На рисунке 1.11 показана данная динамика, составленная на основе данных месячных рапортов. Началу проведения ВСВ соответствует t = 12 временной шкалы рисунка.
До применения ВСВ наблюдалось почти линейное падение во времени среднесуточного дебита по нефти. Однако после начала работ, характер графика резко меняется. Итак, на конец декабря 1995 г. накопленная дополнительная добыча нефти составила 31 250 тонн [2].
Испытания ВСВ на Суторминском месторождении велись на протяжении сентября 1996г. Генерация сейсмических волн осуществлялась двумя источниками электродинамического типа, изготовленными АО «ЭЛСИБ». В процессе испытаний проводился сейсмомониторинг продуктивных пластов и окружающего массива, изучались их акустические свойства, определялись параметры генерируемых волн различного типа. Также определялись величины доминантных частот. Учет показателей добычи велся на узле ДНС-2 ежесуточно. В результате было дополнительно добыто свыше 90,2% от прогнозных значений (см. рис. 1.9) [16, 108].
Практически важный вывод позволяет сделать рассмотрение результатов ОПИ метода ВСВ с устья скважин с использованием волновода на месторождении Чангыр-Таш [85]. В процессе обработки генерировались вибрационные колебания с частотой порядка 1 Гц и мощностью 1 кВт. По оценкам, сделанным в докторской диссертации М.А. Мохова [72], интенсивность волнового поля составляла порядка 6 Вт/м2, что на несколько порядков превышает значение интенсивности сейсмических волн (10-5 – 10-4 Вт/м2), дошедших до продуктивного пласта при проведении ранее рассмотренных ОПИ ВСВ наземными виброисточниками. При этом технологический эффект вполне сопоставим. Так, при использовании волновода дополнительная добыча составила от 17 до 54%, при этом обводненность упала на 5 – 13%. Полученные результаты говорят о практически незначимом влиянии величины интенсивности излучения на эффективность ВСВ, что, в свою очередь, открывает возможность использования скважинных виброисточников малой мощности при проведении ВСВ [72].
Подводя итоги анализа применения методов вибросейсмического воздействия на залежь с поверхности земли и устья скважин, можно отметить следующее:
– данные методы имеют высокий технологический потенциал, позволяют увеличить конечный коэффициент извлечения нефти, а также снизить объемы добываемой воды при разработке месторождений, находящихся на поздней стадии разработки;
– максимальная эффективность при реализации данных методов достижима на неглубоких многопластовых месторождениях (глубина залегания до 2000 м);
– эффект от ВСВ носит временный характер от полугода до года. Для продления эффекта необходимо осуществлять повторное воздействие;
– при реализации рассмотренных методов ВСВ происходит рассеяние генерируемых сейсмических волн в горном массиве или волноводе на пути от источника до пласта, приводящее к значительным потерям волновой энергии и, как следствие, низкой энергоэффективности воздействия;
– по причине цикличности воздействия, данные методы использует не весь потенциал технологии вибросейсмического воздействия, т.к. в периоды простоя наступает релаксация реологических характеристик пластовых флюидов, поверхностного и межфазного натяжения, восстанавливается первоначальный характер течения в порах, прекращаются процессы разгазирования без дегазации и др.
Анализ и моделирование рабочего цикла УВСВ
Для описания циклической работы различных машин и агрегатов удобно использовать метод дискретизации рабочего процесса на отдельные фазы полного цикла. В применении к работе УВСВ, подобная дискретизация представлена на рисунке 3.1.
I. В начальный момент клапан 3 перекрывает сквозное отверстие в плунжере 2, препятствуя течению скважинной продукции на прием насоса 7. Под действием разницы давлений АP = P1-P2 происходит подъем компоновки «ударник 1 клапан 3 - плунжер 2» с крайнего нижнего положения (К.Н.П).
II. При достижении ударником высоты Нх, равной длине его хода, манжета 5, расположенная над ним, упирается в центратор-ограничитель 4, прерывая дальнейший его подъем.
III. Под действием инерционных сил, возникших при торможении ударника в крайнем верхнем положении (К.В.П.), а также разницы давлений АР = Р1-Р2, раскрывается соединение клапана и плунжера. Происходит резкое увеличение давлений в областях над клапаном и плунжером, и больше ничего не удерживает ударник в сборе и плунжер от падения.
IV. Далее происходит падение ударника в сборе и следом за ним плунжера.
Окончанием всего цикла является достижение ударником К.Н.П., и, спустя небольшой промежуток времени, достижение плунжером клапана и их сцепление.
Таким образом, ударником наносится удар по наковальне 8, а также происходит сцепление подъемного узла.
Совершение рабочего цикла УВСВ возможно при выполнении следующих условий:
- условие сцепления клапана и плунжера перед фазой подъема ударника в сборе с К.Н.П.;
- условие подъема сцепленной компоновки плунжера и ударника в сборе;
- условие отсутствия преждевременного сцепления клапана и плунжера в фазе падения ударника в сборе.
Получим выражения для количественного определения указанных условий. На рисунке 3.2 приведена расчетная схема сцепления подъемного узла в фазе подъема ударника. Равнодействующие сил, расцепляющих F и сцепляющих Fсцеп соединение клапана 1 и плунжера 2, определяются по следующим формулам
Неравенство (3.9) является модификацией условия сцепления подъемного узла (клапана и плунжера), полученного В.С. Вербицким [14], учитывающей наличие силы трения в плунжерной паре.
Получим второе условие совершения рабочего цикла УВСВ - условие подъема сцепленной компоновки плунжера и ударника в сборе.
Величины давления под клапаном и перепада давления АР в зазоре плунжерной пары, необходимые для подъема сцепленной компоновки плунжера и ударника в сборе, определяются по следующим формулам
В общем случае скважинная продукция представляет собой газожидкостную смесь (ГЖС). По нашим оценкам, для рекомендуемых условий применения внутрискважинного ВСВ (обводненность пласта - более 70% и глубина залегания пласта - более 2000 м) величина общего перепада давления в УВСВ не превышает 5 - 8% от абсолютного давления в скважине на входе в УВСВ, что позволяет в практических расчетах принять допущение о постоянстве плотности скважинной продукции, при ее прохождении сквозь зазор в плунжерной паре. В результате потери давления на трение в кольцевом зазоре и местные сопротивления можно определить по следующим известным формулам [43, 67]
При значении фактического дебита скважины ниже Qмин подъем компоновки плунжера и ударника в сборе, а, следовательно, и работа УВСВ невозможны.
Итак, мы получили условие подъема сцепленной компоновки плунжера и ударника в сборе в виде зависимости минимального расхода скважиной продукции от различных параметров УВСВ и флюида. Видно, что данная зависимость представлена в неявном виде, вследствие чего определение Qмин возможно только численно, например, методом последовательных приближений.
В формулу (3.18) входит гидравлический уклон /, способ определения которого зависит от типа структуры газожидкостного потока. Учитывая высокую обводненность скважинной продукции ( 70%), следует рассмотреть две структуры ГЖС - эмульсионную и пробковую.
Так, в случае эмульсионного потока используется следующая формула [67]
Третье условие - отсутствие преждевременного сцепления клапана и плунжера в процессе падения формально может быть представлено, как превышение значения текущей ординаты нижнего торца плунжера над значением текущей ординаты верхней плоскости клапана на всем протяжении падения плунжера и ударника в сборе. Проверка выполнения данного условия возможна при наличии кинематических зависимостей падения ударника в сборе и плунжера, получению которых и посвящен следующий параграф.
Область рационального использования УВСВ
Определение области рационального использования (ОРИ) УВСВ представляет важную с практической точки зрения задачу. Под ОРИ УВСВ будем понимать фонд эксплуатационных скважин, оборудованных УЭЦН и имеющих такие значения режимно-технологических параметров эксплуатации системы «скважина – пласт» и физических свойств скважинной продукции, при которых допустима эксплуатация УВСВ.
Проведем условное оконтуривание ОРИ по следующим параметрам:
– текущая обводненность пласта;
– газосодержание на входе в УВСВ;
– вязкость скважинной продукции;
– дебит скважины;
– угол и интенсивность искривления профиля скважины в интервале подвески УВСВ.
Помимо этого, также оценим величину прироста объемного расходного газосодержания на приеме УЭЦН в результате дополнительного снижения давления в УВСВ.
Вибросейсмическое воздействие рекомендуется проводить на поздней стадии разработки, когда обводненность пластовой продукции превышает 70% [2, 55]. В результате имеем условный диапазон рационального использования УВСВ по текущей обводненности пласта в пределах от 70 до 99%.
В работе [14] представлены результаты ранее проведенных стендовых исследований УВСВ, одной из задач которых являлось определение максимально допустимого объемного расходного газосодержания на входе. Так, было установлено, что нарушение работоспособности УВСВ происходит при входном газосодержании более 85%. Если учесть, что повышение газосодержания приводит к росту скорости и частоты ударов, а, следовательно, и интенсивности воздействия, то можно считать, что граница рационального использования УВСВ по газосодержанию определяется только его допустимой величиной на приеме УЭЦН.
Кинематические характеристики ударника и плунжера УВСВ зависят от величины вязкости скважинной продукции, в результате чего увеличение вязкости приводит к росту сил сопротивления падению элементов УВСВ и, соответственно, к снижению частоты и интенсивности воздействия. Динамический коэффициент вязкости прямой водонефтяной эмульсии определяется по формуле [38] Мэ=мв\03 2{1 В\ (3.99) где цэ и juв - динамические коэффициенты вязкости водонефтяной эмульсии и воды, Па-с; В - объемная обводненность эмульсии, д. ед.
В соответствии с (3.99), при обводненности 70% juэ = 0,0091 Па-с. В качестве примера оценим влияние вязкости на характеристики спроектированного опытного образца УВСВ. Так, отношение скоростей удара при падении в воде и водонефтяной эмульсии (70%) для различных расходов (от 100 до 500 м3/сут) изменяется в пределах от 1,02 до 1,04, а отношение частот работы УВСВ - от 1,05 до 1,12 соответственно. Столь незначительное влияние вязкости скважинной продукции в указанном диапазоне обводненности позволяет заключить, что по величине вязкости также отсутствует прямое ограничение.
Для УВСВ характерно наличие ограниченного рабочего диапазона по расходу скважинной продукции. Так, величина минимального (пускового) дебита скважины, при котором УВСВ начинает работать, зависит от многих параметров и рассчитывается по формуле (3.18). Построим пример номограммы, определяющей минимальный дебит, для различных значений входного газосодержания Рвх и зазора в плунжерной паре S. В качестве исходных данных примем, что суммарный вес подвижных элементов УВСВ в воздухе равен 7000 Н, внутренний диаметр корпуса подъемного узла равен 95,25 мм, обводненность скважинной продукции - 100% (для наглядности расчетов). На рисунке 3.19 представлена данная номограмма.
Теоретически определить максимальный дебит скважины, при превышении которого происходит отказ работы УВСВ, затруднительно. Формально данная величина является суммой минимального (пускового) дебита AQмин и ширины рабочего диапазона УВСВ AQ: Qмакс=Qмин+AQ- (з.юо)
При проектировании УВСВ для условий эксплуатации в скважине с определенным дебитом, рекомендуется брать заниженное значение ширины рабочего диапазона, например, AQ = 200 м3/сут, за счет чего обеспечивается компенсация неопределенности истинного Л 2, а, значит, и снижение риска тказа УВСВ от превышения дебита скважины над Qмакс. Указанное значение AQ обусловлено результатами экспериментальных исследований опытного образца УВСВ, которые будут рассмотрены в главе 4 настоящей диссертации.
Подставляя AQ в (3.100) имеем номограмму для расчета максимально допустимого дебита скважины, представленную на рисунке 3.20.
Как видно из представленных номограмм, величина зазора в плунжерной паре УВСВ ощутимо влияет на значения Qмин и Qмакс , определяющие границы работоспособности УВСВ. Эта связь позволяет осуществлять гибкое проектирование УВСВ под конкретные условия эксплуатации. Рассмотрим небольшой пример. Необходимо определить величину зазора в плунжерной паре УВСВ, обеспечивающую возможность ее эксплуатации в скважине, эксплуатируемой УЭЦН (без газосепаратора) с дебитом 220 м3/сут. Для случая совместной работы УВСВ и УЭЦН без газосепаратора можно принять максимально допустимую величину газосодержания на входе в УВСВ на уровне 15%. Выбирая произвольно запас по дебиту, например 30 м3/сут, получаем Qмакс = 220 + 30 = 250 м3/сут. Обращаясь к номограмме максимально допустимого дебита (см. рис. 3.20), находим 5 = 1,25 мм. При этом Qмин = 50 м3/сут.
Таким образом, прямых ограничений на дебит скважины нет, так как можно подобрать необходимый зазор, обеспечивающий попадание дебита скважины в границы работоспособности УВСВ.
Говоря об ограничениях, связанных с геометрией профиля скважины, важно подчеркнуть, что рассмотренная конструкция УВСВ предполагает ее эксплуатацию в условно вертикальных скважинах. Под условно вертикальными скважинами будем понимать скважины, зенитный угол а и интенсивность искривления ia которых в любой точке профиля не превышают 5о и 0,5 град/10м соответственно [11]. Оценим влияние указанных величин на работу УВСВ.
Практически возможны два варианта расположения УВСВ в наклонном стволе скважины: на участке изменения зенитного угла (а) и на участке стабилизации зенитного угла (б) (см. 3.21).
Описание основных узлов и элементов лабораторно-исследовательского блока и их назначение
В состав лабораторно-исследовательского блока входят следующие основные узлы (см. рис.4.11):
– питающие узлы;
– узел ударного воздействия;
– узел модели пласта;
– измерительный узел.
Питающий узел (узел питания лабораторной модели УВСВ) включает емкость с рабочей жидкостью 1, подпорный насос (Н1) 2, запорно-регулирующую арматуру (шаровые краны 3, 4, 5) и контрольно-измерительную аппаратуру (расходомер 6, датчик давления 7 на входе в лабораторную модель УВСВ 16 и датчик давления 8 на выходе из нее).
Данный узел предназначен для активации лабораторной модели УВСВ посредством подвода необходимой гидравлической энергии.
Питающий узел (узел питания модели пласта) включает газовый баллон 9 с азотом, редуктор давления 10, промежуточный ресивер 11, нагнетательные линии газа 12 и жидкости 13, запорно-регулирующие вентили 14 и 15.
Данный узел предназначен для подачи жидкостей (пластовой воды и нефти) в модель продуктивного пласта во время подготовки и проведения фильтрационного эксперимента.
Узел ударного воздействия состоит из лабораторной модели УВСВ 16 и механизма передачи удара 17.
Данный узел предназначен для генерации ударного воздействия на модель пласта.
Узел модели пласта включает саму модель пласта и запорные вентили 18 и 19, установленные на ее входе и выходе. Модель продуктивного пласта представляет собой керн, помещенный в кернодержатель 20, вход которого соединен с выходом ресивера 11 с помощью нагнетательной линии жидкости 13. Давление на входе в кернодержатель 20 устанавливается с помощью редуктора давления 10 и отображается на манометре 24. Давление на выходе из кернодержателя отображается на манометре 25. Давление обжима керна создается гидравлическим опрессовщиком 21 и контролируется манометром 26. На выходе из кернодержателя установлена капиллярная трубка, направляющая жидкость в бюретку 22. Пластовая температура создается и поддерживается с помощью спирального электронагревателя 23 с терморегулятором, установленного на корпусе кернодержателя.
Данный узел предназначен для исследования процессов вытеснения нефти пластовой водой.
Измерительный узел включает штатив 27 и установленную на нем мерную бюретку 22, объемом 50 мл. Измерения поступающего объема продукции в бюретку определяется визуальным способом.
Данный узел предназначен для осуществления необходимых измерений в процессе проведения фильтрационного эксперимента.
Основные технические характеристики лабораторно-исследовательского блок, а также свойства нефти и пластовой воды приведены в таблицах 4.8 и 4.9 соответственно.