Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ путей совершенствования устройств, предназначенных для осуществления энергосберегающей технологии воздействия на пласт 12
1.1. Анализ состояния и тенденции развития комплексов технологического оборудования 12
1.2. Классификация устройств генерации упругих волн 22
1.3. Критерии эффективности оборудования и конструктивные ограничения его параметров 30
1.4. Струйный излучатель упругих волн на основе резонатора Гельмгольца 32
Выводы 39
Глава 2. Экспериментальное исследование процесса преобразования энергии 40
2.1. Разработка экспериментального образца излучателя упругих волн 40
2.2. Технология проведения экспериментальных исследований 43
2.2.1. О выборе экспериментальных установок 43
2.2.2. Методики экспериментального исследования параметров генерируемых колебаний и определения технологической эффективности оборудования 47
2.3. Анализ результатов экспериментального исследования 56
2.3.1. Динамические характеристики излучателя 56
2.3.2. Частотные характеристики излучателя 65
Выводы 68
Глава 3. Моделирование процесса генерации колебаний 69
3.1. Исследование течения жидкости по тракту излучателя 69
3.2. Резонансные характеристики излучателя 88
3.3. Математическая модель процесса генерации колебаний 91
3.4. Сопоставление результатов 99
3.5. Оценка коэффициента полезного действия излучателя 102
Выводы 104
Глава 4. Промысловые испытания 105
4.1. Схема проведения эксперимента 106
4.2. Результаты испытаний 107
Выводы
Глава 5. Рекомендации по выбору параметров излучателя 111
5.1. Определение оптимальных конструктивных характеристик тракта излучателя 111
5.2. Оценка технико-экономической эффективности применения излучателя 121
Выводы 124
Заключение 125
Библиографический список 129
Приложение 143
- Классификация устройств генерации упругих волн
- Технология проведения экспериментальных исследований
- Резонансные характеристики излучателя
- Оценка технико-экономической эффективности применения излучателя
Введение к работе
Диссертационная работа посвящена решению задачи повышения энергетической эффективности теплотехнологических систем предприятий нефтяной промышленности за счет использования технологии и средств комбинированного воздействия на продуктивный пласт.
Актуальность работы. Анализ современного состояния и перспектив развития экономики свидетельствуют о том, что объемы потребления энергии будут неуклонно возрастать, несмотря на меры по энергосбережению и ограничения, обусловленные экологическими последствиями ее производства и преобразования. Многочисленные прогнозы свидетельствуют также, что в течение ближайших десятилетий нефть сохранит роль основы развития энергетики и экономики. В то же время прогнозируемый в ближайшее время большинством аналитиков дальнейший экономический рост неизбежно потребует не только поддержания на достигнутом уровне добычи нефти и газа, но и значительного его увеличения.
Существенной экономии материальных и, прежде всего, энергетических ресурсов на нефтедобывающих предприятиях можно добиться несколькими подходами [24, 64, 115], и в первую очередь разработкой и внедрением энергосберегающих технологий и средств увеличения нефтеотдачи пластов.
Несмотря на то, что большинство крупнейших месторождений страны находятся на поздней стадии разработки, потенциал увеличения добычи по-прежнему имеется: Россия занимает одну из лидирующих позиций по разведанным запасам углеводородного сырья. Вместе с тем, следует отметить постоянное ухудшение структуры этих запасов - большинство их относятся к трудноизвлекаемым.
Эффективная разработка таких объектов не может быть обеспечена традиционными технологиями добычи и эксплуатацией скважин. Для этого требуется широкомасштабное применение новых энергосберегающих методов и средств добычи нефти, способных обеспечить повышенную производительность скважин, интенсивные темпы отбора и высокую конечную нефтеотдачу при приемлемой рентабельности производства. If
Применяемые в настоящее время методы интенсификации добычи и увеличения коэффициента нефтеотдачи пластов базируются на следующем: увеличении перепада давления; снижении сопротивления фильтрации; увеличении коэффициента замещения нефти вытесняющим агентом; t 4) увеличении охвата пласта.
Повышение перепада давления, очевидно, - наиболее простой способ интенсификации добычи. Однако его применение ограничивается возможностями существующего нефтепромыслового и внутрискважинного оборудования, да и эффективность его ограничена.
Методы, снижающие сопротивление фильтрации и увеличивающие коэффициент замещения, более трудоемки, но и значительно более результативны. Это и гидроразрыв пласта, и закачка полимерных композиций, физико-химическое воздействие, тепловое воздействие, и многие другие. Среди существующих методов выделяется воздействие на призабойную зону и продуктивный пласт упругими волнами различной частоты. Так как для его реализации не требуется существенное изменение средств добычи нефти - существующие технические устройства успешно согласуются со стандартным нефтепромысловым оборудованием и положительный эффект наблюдается в более чем 90% случаев.
Большой вклад в развитие волновых методов воздействия и исследование механизма влияния упругих волн на процесс фильтрации внесли Г.Г. Вахитов, СМ. Гадиев, Р.Ф. Ганиев, В.П. Дыбленко, О.Л. * Кузнецов, Р.Я. Кучумов, Г.П. Лопухов, А.А. Попов, Э.М. Симкин, М.Л.
Сургучев, И. А. Ту фанов, В.П. Царев, Н.В. Черенский, Дж. Чилингар, Р.Я. Шарифуллин и ряд других исследователей.
В последнее время большое внимание уделяется комбинированным методам, позволяющим коренным образом повысить эффективность применяемых технологий за счет совмещения их с волновым воздействием. Достигается это применением устройств генерации упругих волн, в основе которых - возбуждение колебаний давления за счет различных физических эффектов, проявляющихся при определенных условиях в потоке жидкости.
Применяемые в настоящее время устройства базируются, главным образом, на использовании подвижных элементов конструкции. В рассматриваемой работе исследуется возможность их исключения. Поскольку объект воздействия - продуктивный пласт - характеризуется сложной структурой (неоднородностью коллектора, флюида), для достижения высокого эффекта воздействия необходимо вполне определенное сочетание частоты и амплитуды колебаний давления. В связи с этим необходимо определить, при каких режимных и параметрических характеристиках устройства такое сочетание может быть достигнуто. Решение этой задачи и является предметом исследования.
Объектом исследования в данной диссертационной работе является излучатель упругих волн в потоке несжимаемой жидкости. Подобные устройства широко используется в нефтедобывающей промышленности для повышения степени извлечения углеводородов из недр и интенсификации процесса добычи.
Положительный эффект применения излучателей обусловлен тем, что формируемое ими в продуктивных пластах волновое поле приводит к интенсификации внутрипластовых процессов, в том числе - фильтрации.
В то же время, используемые сегодня излучатели имеют недостатки в плане надежности, регулярности и стабильности генерации колебаний, точности достижения заданных параметров колебаний. Кроме этого, применяемые сегодня устройства требуют подвода дополнительной энергии [10] и их работа возможна в условиях остановки процесса добычи. Это, в свою очередь, делает невозможным непрерывное - в процессе добычи нефти
8 - его использование, препятствует дальнейшему развитию технологии комбинированного воздействия на пласт.
Цель диссертационной работы. Разработать и научно обосновать принципы построения излучателя упругих волн на основе резонатора Гельмгольца, предназначенного для реализации энергосберегающей технологии комбинированного воздействия на пласт.
Направления исследований. исследование динамических характеристик устройства на основе резонатора Гельмгольца в широком диапазоне скорости потока и условиях, приближенных к промысловым; исследование процессов преобразования энергии при генерации колебаний давления; исследование частотных характеристик излучателя и определяющих их факторов; разработка математической модели процесса генерации колебаний; -разработка методики определения геометрических параметров излучателя с учетом условий его эксплуатации.
Методы исследований, обоснованность и достоверность результатов.
В работе использованы экспериментальные и теоретические методы исследования. Сформулированные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретическими решениями и экспериментальными данными, полученными автором, и не противоречат известным положениям термодинамики, гидродинамики, теории колебаний. Достоверность полученных результатов обусловлена корректностью разработанных математических моделей, адекватностью их реальным процессам, подтверждается высокой сходимостью полученных теоретических результатов с экспериментальными данными, а также с результатами исследований других авторов.
В первой главе дан обзор основных работ в области теоретических и экспериментальных исследований механизма формирования волнового поля
9 в продуктивных пластах с помощью излучателей упругих волн. Обоснован выбор технических средств для осуществления энергосберегающей технологии комбинированного воздействия на нефтяные пласты.
Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию динамических и амплитудно-частотных характеристик излучателя на основе резонатора Гельмгольца. Сформулированы задачи экспериментального исследования. Дано описание испытательных стендов, приборной базы, методики проведения исследований и обработки экспериментальных данных.
В третьей главе диссертации выполнено теоретическое исследование течения жидкости по тракту излучателя. Установлены зависимости коэффициента расхода сопел в излучателе от его геометрических характеристик. На основе метода электроакустических аналогий получены аналитические выражения зависимости для частоты собственных колебаний и добротности излучателя. Предложена математическая модель процесса возбуждения колебаний в излучателе с резонатором Гельмгольца.
В четвертой главе представлены результаты промысловых испытаний опытного образца излучателя на основе резонатора Гельмгольца, целью которых является проверка динамических характеристик и работоспособности устройства в промысловых условиях.
Пятая глава посвящена определению оптимальных конструктивных параметров излучателя и оценке эффективности его работы. Представлен разработанный алгоритм выбора основных геометрических параметров устройства применительно к заданному режиму его работы.
На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментального исследования динамических характеристик излучателя упругих волн в потоках несжимаемой жидкости.
2. Установленная зависимость числа Струхаля от геометрических характеристик резонансной камеры.
Выявленный механизм процесса возбуждения колебаний давления.
Методика исследования амплитудно-частотных характеристик (АЧХ)
10 излучателя и выявленная взаимосвязь частоты собственных колебаний и добротности устройства с его геометрическими параметрами.
5. Математическая модель процесса возбуждения колебаний давления в потоке несжимаемой жидкости излучателем на основе резонатора Гельмгольца.
6. Методика определения оптимальных параметрических и геометрических характеристик излучателя с учетом условий его эксплуатации.
Автором опубликовано 25 научных трудов. Основные результаты диссертации опубликованы в 22 работах [9-15, 65, 78-88, 95, 108, 109], в том числе в центральных изданиях [87, 95] и в трудах международных и всероссийских симпозиумов и конференций.
Личный вклад автора в работу: автор участвовал в разработке экспериментальных стендов и проведении исследований излучателей, им обобщены полученные результаты, разработаны математическая модель процесса генерации колебаний давления и алгоритм определения оптимальных геометрических характеристик и параметров устройства.
Работа выполнена в Исследовательском центре проблем энергетики Казанского научного центра РАН в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы (работа №41.003.11.2903), в рамках грантов Российского фонда фундаментальных исследований (№№03-02-96253, 03-02-17279, 04-02-08096 «офи_а») и грантов Президента РФ по поддержке ведущих научных школ (№№НШ-746.2003.8, 02.445.11.7195), а также в рамках «Программы геологического изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы по Республике Татарстан на 2001 год» (работы №№А.6.2-11/01, А.6.2-12/01) и Территориальной программы геологического изучения недр по Республике Татарстан на 2002 и 2005 год (работы №№А.7.2-3/02,1.5.4.1/05).
Соискатель считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность коллегам по лаборатории «Основ энергоэффективных технологий восполнения природных топлив», с которыми он работал над решением рассматриваемых проблем - Э.А.Буторину, Л.И.Самбуровой, Л.Н.Секачеву, Р.Б.Шаихову, а также Ю.Ф.Гортышову, Ф.С.Занько, Ю.А.Кирсанову, С.А.Лившицу, Н.И.Михееву, В.М.Молочникову, Ю.Г.Назмееву, М.Н.Овчинникову, Э.Я.Ходыревой, Э.В.Шамсутдинову и В.Н.Шлянникову оказавшим помощь при решении рассмотренных задач. Отдельную благодарность автор выражает разработчикам программного комплекса FlowVision ООО «Тесис» и лично В.В.Шмелеву. Автор высоко ценит свою принадлежность к ведущей научной школе академика В.Е.Алемасова и выражает ему признательность за всестороннюю поддержку исследований по теме диссертаций. Особую признательность автор выражает неизменному на протяжении всего своего творческого пути учителю -Я.И.Кравцову.
Классификация устройств генерации упругих волн
Для формирования волнового поля в нефтяном пласте генераторы колебаний различного рода располагают как на поверхности, так и в скважине. Каждый из известных вариантов имеет свои достоинства и недостатки.
К достоинствам наземных генераторов упругих колебаний следует отнести возможность обеспечения больших мощностей, лучшие возможности группирования источников. Мощность источника зависит от приводимой в движение инерционной массы. Развиваемая мощность тем больше, чем больше инерционная масса. В пространстве, ограниченном стенками скважины, затруднительно обеспечить большую мощность передаваемой в пласт энергии. Группирование источников позволяет в заданных точках пласта увеличить амплитуду волн вследствие интерференции волновых полей, формируемых наземными источниками. Высокая концентрация напряжений при этом приводит к появлению новых трещин и улучшению условий фильтрации углеводородов. Применение скважинных источников позволяет приблизить генератор колебаний к объекту воздействия и исключить потери энергии, обусловленные прохождением волн от источника к нефтяной залежи. Таким образом, из сказанного следует, что оба способа имеют свои преимущества и недостатки. В данной работе рассмотрены скважинные устройства генерации колебаний. Применение для обработки нефтяных пластов колебаний, генерируемых источниками, размещенных на забое скважин, позволяет увеличить радиус охвата, приблизить генератор к объекту воздействия, уменьшить потери энергии, связанные с затуханием волн при их прохождении от источника до нефтяного пласта. Патентный анализ, проведенный по российским изобретениям в области технических средств и способов воздействия на продуктивные пласты с целью увеличения нефтеотдачи, позволил классифицировать имеющиеся изобретения на 7 групп (рис. 1.2). В таблице 1.1 приведены основные характеристики предлагаемых устройств и принцип их действия. Скважинные вибрационные излучатели, помещенные в ограниченный объем скважины, не обеспечивают большие нагрузки воздействия, но позволяют воздействовать непосредственно на пласт, а не через осадочный чехол горных пород. В А.с. 1203449 СССР описан скважинный вибрационный источник, содержащий размещенные на поверхности насосную установку, пульсатор и исполнительный механизм в виде герметичной деформируемой камеры. Переменный объем жидкости, создаваемый гидрообъемным пульсатором, упругой характеристикой полости камеры трансформируется в пульсирующее давление, В устройстве, описанном в Пат. 4042063 США в качестве рабочего опыта, вызывающего изменение давления, используется воздух. Находят применение в скважинных вибрационных источниках различные конструкции сервоклапанов для прерывания потока жидкости.
В Пат. 3718205 США предложена конструкция гидравлического вибрационного источника, в котором регулирование потока осуществляется золотниковым распределительным устройством. Поток жидкости при этом через поршень действует на боковые стенки скважины. Существуют различные варианты конструкций скважинного механоакустического преобразователя, отличительной особенностью которых является преобразование вращения вала, расположенного внутри скважины, в пульсирующее движение боковой стенки источника. Механоакустические источники могут создавать в пластах жидкости акустические мощности до 100 кВт/м2 (Пат. 4469175 США).
Среди многообразия устройств генерации упругих волн предпочтительными для осуществления виброволновых обработок ПЗП являются скважинные гидродинамические генераторы упругих волн (ГДГ), работа которых основана на использовании энергии потока жидкости или газа. Для их функционирования требуется лишь штатное нефтепромысловое оборудование - устьевые насосные агрегаты. Режимные напорно-расходные параметры последних, весьма велики, что позволяет при достаточно высоком коэффициенте полезного действия (КПД) гидродинамического генератора создавать на забое скважины большую мощность волнового поля. Кроме того, весьма важно, что скважинная обработка с использованием ГДГ органично совмещается со штатными промысловыми операциями подземного (ПРС) и капитального (КРС) ремонта скважин и с операциями большинства традиционных методов обработок ПЗП и пласта.
К настоящему времени разработаны акустические генераторы с различными активными элементами [33, 103, 111]: вихревые, тороидальные, дисковые, диафрагменные, параметрические, работающие в режиме усиления выходных параметров. Они не имеют движущихся частей и деталей.
В вихревых генераторах (рис. 1.3) поток рабочего агента 5 по тангенциальным каналам 2 поступает в вихревую камеру 1, где приобретает вращательно-поступательное движение. В вихревом сопле за счет уменьшения диаметра, интенсивность вихря возрастает. При этом в вихревой камере образуется зона разрежения. В результате периодического проскока рабочего агента в зону разрежения на выходе сопла генерируются аэрогидродинамические импульсы в виде сжатия и разрежения потока, которые распространяются в виде акустической волны.
Технология проведения экспериментальных исследований
Экспериментальные исследования проведены с целью установления основных качественных и количественных закономерностей процесса формирования колебаний давления в потоке несжимаемой жидкости струйным излучателем, а также для определения его частотных характеристик. Соответственно для проведения испытаний необходимы две экспериментальные установки: одна для исследования динамических характеристик и вторая для исследования частотных характеристик. 1) Экспериментальный стапель-стенд. Экспериментальный стапель-стенд предназначен для размещения и проведения экспериментальной отработки излучателя колебаний давления в условиях, имитирующих давление в продуктивном пласте. Стапель-стенд включает цилиндрический корпус, крышку и днище. Агент воздействия (несжимаемая жидкость) подается в установку через отверстие крышки и поступает в излучатель.
Толстостенный корпус установки выполнен из материала ст.З с двумя поясами для гнезд датчиков типа ЛХ-412. Каждый пояс замеров обеспечивает возможность регистрации пульсаций давления при работе излучателя.
Днище и крышка корпуса установки одинаковой конструкции с отверстиями для подвода и отвода рабочего тела (жидкости) выполнены из стали ЗОХГСА. Днище имеет кольцевой пояс для цилиндрической обоймы, на которую может устанавливаться излучатель.
Для испытаний излучателей в широком диапазоне значений расхода жидкости и давления на выходе излучателя необходима установка сменных сопел - жиклеров на выходе магистрали отвода жидкости. На рис. 2.4 представлены зависимости давления перед выходным жиклером от расхода жидкости, при различных значениях диаметра его проходного сечения. Выбором размера жиклера имитируются пластовые условия. Так, например, если необходимо, чтобы при расходе жидкости Q=400 м /сут давление на выходе излучателя (на забое скважины) составляло 8 МПа, то следует выбрать выходной жиклер диаметром проходного сечения, равным 8,5 мм.
Наблюдение за изменением давления на различных участках трубопровода и стапель-стенда осуществляется визуально с помощью показывающих манометров типа МТ. Кроме того, значения давления записываются с помощью пьезометрических датчиков давления (типа ЛХ-415) и преобразователя тензометрических сигналов ПТС-1 в памяти компьютера через аналого-цифровой преобразователь (АЦП типа ЛА2М2).
Для преобразования колебаний давления в электрический сигнал служат пьезоэлектрические (типов ЛХ-417, ЛХ-611М) датчики пульсаций давления. Сигналы, поступающие с датчиков, отображаются на экране осциллографа типа С7-121, а также через АЦП записываются в памяти компьютера. Преобразование сигналов, поступающих с датчиков, и согласование с входными целями светолучевого осциллографа и платы АЦП осуществляется с помощью усилителя заряда (типа УЗ-4). Кроме того, производится запись сигналов с целью демонстрации работы излучателей и дальнейшей расшифровки сигналов от датчиков в лабораторных условиях. Потери напора (перепад давления) на излучателе колебаний, определяются с помощью показаний манометров, а также с помощью тензодатчиков давления.
Измерение расхода жидкости производится с помощью вертушечного расходомера, информация с которого также записывается в память компьютера. 2) Установка для исследования частотных характеристик излучателя. Неоднозначность определения частоты собственных колебаний резонатора связана с проблемой учета влияния формы и геометрии сопл -горл резонатора Гельмгольца. Для решения этой проблемы необходимо постановка и проведение специальных лабораторных измерений.
Струйный излучатель колебаний давления на основе резонатора Гельмгольца представляет собой участок трубопровода, с расположенными в нем сужениями (входным и выходным соплами) и расширением (резонансной камерой), характеризуемым собственными колебаниями. Такое устройство, помещенное в звуковое поле, искажает спектр частот в соответствии со своими частотными характеристиками.
Резонансные характеристики излучателя
Механизм генерации колебаний давления с помощью излучателя на основе резонатора Гельмгольца основан также на резонансных явлениях. Частота генерируемых колебаний зависит от скорости струи и при определенном значении расхода жидкости совпадает с частотой собственных колебаний резонатора. С точки зрения эффективности его применения важно, что бы режим работы устройства был резонансным. Для чего необходимо знание частоты собственных колебаний излучателя.
Режим резонансных колебаний. Струйный излучатель состоит из резонансной камеры, входного и выходного сопел. Площади проходного сечения сопел составляют Si, S2 соответственно.
Используемый способ расчета частоты собственных колебаний излучателя основан на методе электроакустических аналогий [51, 93]. Согласно этому методу аналогом давления на участке трубопровода считают падение напряжения на соответствующем участке фильтра, аналогом тока в той же точке является объемная скорость. Сужение трубопровода эквивалентно индуктивности, а расширение - емкости [93]. Поскольку выходной конец сужения открывается в свободное пространство, то реакция излучения на открытом конце выражается в схеме электроакустической аналогии в виде активного сопротивления R, которое шунтирует выходной конец электрической схемы [51,93].
Полученные результаты свидетельствуют о возбуждении колебаний, спектр которых характеризуется рядом гармоник. Причем, частота колебаний основной гармоники увеличивается с ростом скорости струи в камере. Кроме того, при некоторых скоростях струи возникающая в ней неустойчивость взаимодействует с резонатором Гельмгольца в соответствии с его частотными характеристиками. » Механизм генерации колебаний давления обусловлен образованием и развитием вихревых колец в резонансной камере.
При разработке математической модели процесса генерации колебаний приняты следующие допущения: форма вихря - тор, жидкость - несжимаема, стенки трубопровода абсолютно жесткие.
Согласно схеме гидравлической системы с генератором (рис. 3.10) приняты следующие обозначения: р - давление; F — площадь поперечного сечения; т - массовый секундный расход жидкости; параметры с индексом 1 относятся к сечению на входе в генератор, с индексом 2 - к критическому сечению входного сопла генератора, с индексом к - к сечению резонансной камеры, с индексом 3 - к критическому сечению выходного сопла, с индексом 4 - к выходному сечению генератора.
Система уравнений (3.37)-(3.42) дополнена зависимостями, определяющими объем вихревого кольца Ув и площади F\c и F2C. При этом принято, что вихрь, формирующийся в пограничном слое струи, имеет «правильную» форму тора - сечение вихревого ядра является окружность, а его «радиус» (половина расстояния между стационарными точками в вихревых ядрах в системе координат, движущейся вместе с вихрем) равен половине диаметра входного сопла и не меняется в процессе движения.
Различие в коэффициентах расхода стандартных сопел, полученных теоретически и экспериментально, обусловлено, скорее всего, различием в положении точек измерения перепада давления. Сопоставление результатов проливок излучателя с расчетными данными свидетельствует о хорошем совпадении полученных результатов.
Оценка технико-экономической эффективности применения излучателя
Как было ранее показано, использование излучателя для осуществления комбинированного воздействия на продуктивные пласты позволит повысить нефтеотдачу и снизить удельные энергетические затраты на добычу нефти. Предположим, что технология воздействия с использованием разработанного излучателя будет внедрена на Елгинском нефтяном месторождении. Ожидаемые экономические показатели: увеличение дебита скважин по нефти - на 20%; снижение обводненности - на 20%; увеличение приемистости нагнетательных скважин - на 20%. Расчет будем проводить и использованием следующих исходных данных: тепловой эквивалент российской нефти - 1,4 (1 т нефти=1,4 т.у.т) плотность нефти - 900 кг/м плотность нагнетаемой жидкости - 1000 кг/м теплота сгорания условного топлива -3-Ю7 Дж/кг стоимость 1 т.у.т. - 2100 руб. стоимость устанавливаемого оборудования (на 2005 г.) - 100 тыс. руб. стоимость монтажа оборудования на скважине - 200 тыс. руб. технологическая подготовка нефти - 30 руб./т сбор и транспортировка нефти - 25 руб./т расход энергии на механизированную добычу - 9,9 кВт-ч/т Для расчета также воспользуемся основными технологическими характеристиками Елгинского месторождения: число добывающих скважин - 54 число добывающих скважин на 1 нагнетательную - 3 средний дебит скважин по нефти - 6,4 т/сут объем жидкости, нагнетаемой в пласт - 50 м3/сут на 1 нагнет, скважину. расход жидкости, нагнетаемой в пласт - 350 м /сут давление на устье скважины - 6,0 МПа глубина продуктивного пласта - 1300 м перепад давления на излучателе - 5,5 МПа В соответствии с указанными данными можно определить следующее: - число нагнетательных скважин (участков) - 54/3=18 - приемистость скважин до воздействия - 350/6,0=58,33 мТМПа сут - дебит нефти с участка - 6,4/0,9-3=21,33 м3/сут - обводненность извлекаемой продукции - (50-21,33)/50=57,34% - время работы компрессора - 50/350-24=3,43 часа Ожидаемые показатели при реализации технологии комбинированного воздействия с 1 участка: - приемистость -58,33-1,2=70 м3/МПа-сут - давление на устье - 350/70=5,0 МПа - дебит скважин по нефти - 21,33-1,2=25,6 м /сут - обводненность - 57,34-0,8=45,87% - объем извлекаемой жидкости - 25,6/(1-0,4587)=47,2 м7сут - время работы компрессора - 47,2/350-24=3,24 часа - перепад давления на излучателе - 5,0+5,5-6=4,5 МПа Экономический эффект равен разности между дополнительно добытой нефти и затратами на ее добычу. Дополнительная добыча нефти с 1 участка составляет: (25,6-21,33)-0,9=3,84 т/сут или 3,84-365=1401,6 т/год или 1401,6-1,4=1962,24 т.у.т./год Поскольку объем извлекаемой жидкости меньше (47,2 50), то эффект будет также в виде экономии энергии на механизированную добычу и составит: (50-47,2)-365-9,9=10117,8 кВт-ч или 10117,8-103-3600 Дж=3,64-1010Дж или 3,64.1010/3-107=1,21-103 кгу.т. =1,21 т.у.т. Затраты энергии на преодоление гидравлического сопротивления на излучателе составят: 4,5-106.(350/24)-3,24-365=7,76-1010Дж или 7,76-10ю/3-107=2,59-103 кгу.т. =2,59т.у.т. Эксплуатационные затраты за 1 год: - стоимость излучателя - 100000/2100=47,62 т.у.т. - монтаж излучателя - 200000/2100=95,24 т.у.т. - технологическая подготовка дополнительно добытой нефти: 30-1401,6=42048 руб. или 42048/2100=20,02 т.у.т. - сбор и транспортировка дополнительно добытой нефти: 25-1401,6=35040 руб. или 35040/2100=16,69 т.у.т. Ожидаемый эффект с 1 участка составит: 1962,24+1,21-2,59 7,62-95,24-20,02-16,69=1781,29 т.у.т. Суммируя по всему месторождению, получим эффект от внедрения предлагаемого оборудования с учетом капитальных затрат: 1781,29-18=32063,22=32,0 тыс. т.у.т./год Срок окупаемости предлагаемого оборудования не превысит 6 месяцев.
На основе предложенных математических моделей процессов генерации упругих волн разработана методика выбора оптимальных геометрических характеристик излучателя применительно к условиям его эксплуатации.
Оценка эффективности внедрения предложенных решений показывает, что внедрение разрабатываемых излучателей, даже на малом месторождении (с фондом в количестве 54 добывающих скважин) при невысоких заявленных показателях с учетом капитальных затрат, дает значительный экономический эффект в виде 32,0 тыс. т.у.т/год.
1. В результате анализа способов возбуждения упругих волн в потоке несжимаемой жидкости выявлено наиболее перспективное направление совершенствования излучателей колебаний, открывающее большие возможности энергосбережения в теплотехнологических системах нефтедобывающих предприятий - создание струйных излучателей на основе резонатора Гельмгольца.
2. Исследованием динамических характеристик устройства установлена зависимость амплитуды и частоты генерируемых колебаний давления от скорости потока жидкости и внешних условий. Определены условия и область устойчивой генерации колебаний. В частности, показано, что с увеличением противодавления на выходе излучателя амплитуда колебаний повышается. Установлена зависимость числа Струхаля, характеризующего степень нестационарности течения жидкости, от геометрических характеристик резонансной камеры излучателя.
3. Методом численного моделирования течения жидкости выявлена структура потока в проточном тракте излучателя. Установлено, что в основе механизма преобразования энергии при генерации колебаний лежит взаимодействие вихревых структур потока.
4. На основе применения метода электроакустических аналогий установлена взаимосвязь частотных и геометрических характеристик излучателя. Впервые предложена система уравнений, описывающая эту взаимосвязь. Экспериментально подтверждена ее адекватность реальным процессам.
5. Разработана математическая модель процесса генерации, позволяющая рассчитать характеристики генерируемых колебаний в различных вариантах конструкции и применительно к различным режимам его работы. Полученные данные подтверждены экспериментом.
6. Разработана методика определения оптимальных геометрических параметров излучателя при осуществлении комбинированного воздействия на продуктивные пласты с учетом условий его эксплуатации.
7. Произведена оценка экономической эффективности внедрения предлагаемого оборудования. Показано, что даже при применении его на малом нефтяном месторождении (54 добывающих скважин) достигаемый эффект значителен и составляет 32 тыс. т.у.т./год. Срок окупаемости оборудования - менее 6 месяцев.
